新喀里多尼亚的蕨类植物拥有世界上最大的基因组

基因组大小的衡量标准是生物体细胞核中碱基对的数量，碱基对是 DNA 的基本单位。如果像拉长一团纱线一样，这种蕨类植物每个细胞中的 DNA 长度将达到近 350 英尺（106 米），比纽约的自由女神像、伦敦大本钟的钟楼或印度的泰姬陵还要高。而人类基因组的长度仅为 6-1/2 英尺（2 米）。

这种蕨类植物主要生长在新喀里多尼亚的地面上或倒下的树干上，新喀里多尼亚位于澳大利亚以东约 750 英里（1,200 公里）处，以及瓦努阿图等邻近岛屿上。

“我们可以告诉你，这种植物并不十分显眼。它是一种小型植物，通常高 10-15 厘米（4-6 英寸），对于那些不专门寻找它的人来说，很容易被忽视，”巴塞罗那植物研究所 (IBB) 的进化生物学家 Jaume Pellicer 说道，他是周五在 iScience 杂志上发表的研究报告的共同主要作者。

研究中使用的标本是去年在新喀里多尼亚大地岛采集的。它的叶状结构不是真正的叶子，而是扁平的茎。它属于一个蕨类植物家族，其进化谱系在大约 3.5 亿年前与其他蕨类植物分离，大约比恐龙出现早 1.2 亿年。

较大的基因组并不被认为是有益的。

佩利瑟说：“我们认为，Tmesipteris oblanceolata 拥有如此大的基因组并不是因为它有任何进化优势，而仅仅是因为，由于某种我们尚不清楚的原因，随着时间的推移，它无法有效地去除无功能或冗余的 DNA 序列。”

DNA 携带着生物体的遗传信息，由两条相连的链组成，它们相互缠绕，形成双螺旋结构，看上去像一架扭曲的梯子。碱基对构成了梯子的横档。

多重后果

基因组大小有多种影响。例如，基因组越大，需要更多资源进行 DNA 复制、修复和转录——这是细胞用来制造生物体运作所需蛋白质的过程。

IBB 进化生物学家、该研究的共同主要作者 Oriane Hidalgo 表示：“这种需求的增加会给植物的能量和营养资源带来压力，而这些资源原本可以用于生长、繁殖和应激反应。”

基因组越大，就需要更大的细胞来容纳它们，复制 DNA 的时间也越长，从而减缓了支撑生长的细胞分裂。伊达尔戈说，这可能会降低植物物种争夺光、水和养分的能力，使其在生态上受到更多限制。

科学家们一直想知道为什么有些生物拥有较大的基因组，而有些生物却没有。

“这确实是一个令人费解的问题。但可以确定的是，基因组大小和生物体复杂性之间没有关系，”植物遗传学家、伦敦皇家植物园丘园研究合著者伊利亚·莱奇 (Ilia Leitch) 说。

生物的物理尺寸和基因组大小之间也没有关系。这种小蕨类植物的基因组比地球上最大的动物蓝鲸的基因组大约 6,000%，比最大的陆地动物非洲象的基因组大约 4,650%。它也比最高的植物巨型红杉的基因组大约 1,500%。

非洲大理石肺鱼拥有已知的最大动物基因组。蕨类植物的基因组比大理石肺鱼大近 25%。

科学家已经测量了约 20,000 个具有明确细胞核的生物体的基因组大小，其中大基因组只是例外，而不是常态。

“基因组大小是生物多样性的一个重要特征，因为它已被证明能够影响植物如何、在何处和何时生长和竞争，以及应对气候变化和污染等环境挑战，”莱奇说。