诡异的食虫植物拥有超级高效的基因组

植物遗传学真是太奇怪了。

瘤胃腺囊草是一种名字与其一样奇怪的花。它生长在浅水区的垫状体中,没有真正的根,并且长有微小、膨胀、毛发触发的囊,这些囊保持在水下。任何时候,微小的水生动物触碰到这些囊中的任何一个,囊就会膨胀,张开嘴,然后将动物吸入并消化。这就像一个集维纳斯捕蝇草和吸尘器于一体的装置。

现在,一个国际生物学家团队又发现了瘤胃腺囊草(Utricularia gibba)一个奇怪的特征。它拥有一个极其高效的基因组。许多生命形式拥有大量的 DNA,这些 DNA 不包含在基因中,而基因被定义为包含制造蛋白质代码的 DNA 片段。大约 98% 的人类 DNA 不编码蛋白质。然而,对于瘤胃腺囊草来说,这个比例几乎颠倒了。只有 3% 的瘤胃腺囊草 DNA 不编码蛋白质,也不编码控制制造蛋白质的基因的遗传物质。

腺囊草的发现恰逢科学家们仍在争论非蛋白质编码 DNA 重要性之际。去年,一项重要的美国科学项目 ENCODE 测试了大部分人类非蛋白质编码 DNA。生物学家们仍在 争论 ENCODE 的结果。非蛋白质编码 DNA 对人类健康很重要吗?还是不重要?

这些问题并非一种奇特的淡水植物能够解答。但腺囊草的基因组确实表明,至少有些生物可以仅靠很少的非蛋白质编码 DNA 生存。瘤胃腺囊草仍然拥有与其他植物相当数量的蛋白质编码基因,尽管大多数其他植物拥有更多的非蛋白质编码 DNA。Utricularia gibba 拥有约 28,500 个基因,比木瓜、葡萄藤以及一种叫做拟南芥(Arabidopsis thaliana)的小型开花十字花科植物的亲戚拥有更多的基因。(但比番茄的基因少。)

更重要的是,瘤胃腺囊草仍然能完成正常的植物活动,包括光合作用、开花、繁殖以及那个吸尘囊的全部功能。

由于有些植物拥有大量的非蛋白质编码 DNA,而另一些植物则拥有更精简的基因组,更像Utricularia gibba 的情况,研究人员推测,有些物种天生倾向于清除非必需 DNA,而有些物种则不然。研究人员在一篇关于他们发现的论文中写道,无论保留还是清除非必需 DNA,在进化上都不是更好的选择。这是一个中性的过程,它促进了植物基因组大小的多样化。

这并不是说动物清除它们的非蛋白质编码 DNA 也会表现良好。在植物中,还有另一种常见的遗传过程,可能有助于那些倾向于清除其非蛋白质编码 DNA 的植物。许多植物拥有其整个基因组的多个副本——在某些植物中,这有助于 产生非常大的水果——这可能会保护基因组的必需部分免受致命突变的影响。研究人员发现,在进化过程中,瘤胃腺囊草的基因组至少复制了三次。

研究人员于 5 月 12 日在《自然》杂志上 公布了他们的发现

 

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Francie Diep 是一位居住在加利福尼亚州圣巴巴拉的科学记者。除了《Popular Science》,她的作品还发表在《Scientific American》、《Smithsonian》及其他刊物上。她对基因、细胞、机器人、档案馆以及互联网上的奇特内容着迷。

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