在南美洲發(fā)現(xiàn)的一種肺魚是迄今測序的擁有最大基因組的動(dòng)物。8月14日，一項(xiàng)發(fā)表于《自然》的研究顯示，美洲肺魚的DNA包含了驚人的910億個(gè)化學(xué)堿基，是人類基因組的30倍。

然而，這910億個(gè)堿基只包含與人類相同數(shù)量的基因——大約2萬個(gè)，其余都是非編碼的，甚至可能是“垃圾”DNA。

此外，通過將美洲肺魚基因組與其他肺魚的基因組進(jìn)行比較，研究人員確定，美洲肺魚每1000萬年向其DNA中添加相當(dāng)于人類基因組的基因組。

美洲肺魚。圖片來源：KATHERINE SEGHERS/LOUISIANA STATE UNIVERSITY

沒有參與這項(xiàng)工作的烏拉圭共和國大學(xué)進(jìn)化遺傳學(xué)家Graciela Garcia說：“這是迄今為止在動(dòng)物中報(bào)道的最大基因組。”他研究過鳉魚的基因組，它們也有很多非編碼DNA。

肺魚有時(shí)被稱為“活化石”，是一種呼吸空氣的總鰭魚類，與所有脊椎動(dòng)物最古老的共同祖先最為相似。自2018年以來，德國維爾茨堡大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家Axel Meyer、Manfred Schartl和同事一直致力于破譯來自三大洲的肺魚基因組，以更好地了解脊椎動(dòng)物的進(jìn)化。

他們首先對(duì)澳大利亞肺魚的鰭骨進(jìn)行了測序，這些鰭骨與人類四肢和其他陸地動(dòng)物的鰭骨相似。然后，他們轉(zhuǎn)向非洲肺魚，它的肢骨大大減少了。現(xiàn)在，他們研究了美洲肺魚，它的鰭也變小了，基因組是澳大利亞和非洲同類的兩倍。

這個(gè)龐大的基因組中包含了生物體的基因，用4種不同的化學(xué)“字母”，即核苷酸或堿基編寫的蛋白質(zhì)指令，以及有用的RNA編碼。但美洲肺魚絕大多數(shù)基因組是由其他東西組成的——被稱為轉(zhuǎn)座因子的重復(fù)片段，它可以自我復(fù)制，并將這些副本插入DNA中。

研究人員發(fā)現(xiàn)，美洲肺魚大約90%的基因組由這些“自私”序列組成，而人類基因組的這一比例約為40%。

肺魚基因組是如何被重復(fù)DNA弄得如此混亂的？研究人員將其與其他脊椎動(dòng)物基因組進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，它的生長不受控制，因?yàn)槟厦乐藓头侵薜姆昔~失去了關(guān)鍵基因，而正是這些基因的RNA和蛋白質(zhì)產(chǎn)物抑制轉(zhuǎn)座因子。

“這對(duì)動(dòng)物來說一定是一個(gè)巨大的代價(jià)。”Meyer說。一條肺魚的19條染色體中，除了一條外，其余的都和整個(gè)人類基因組一樣大。所以復(fù)制這些DNA需要很多能量，包裹它的細(xì)胞核和細(xì)胞也必須更大。

Garcia表示，更大的基因組有時(shí)可以幫助生物體適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。當(dāng)轉(zhuǎn)座因子落在基因中或附近時(shí)，它們可以改變該基因的活性，這在適當(dāng)?shù)臈l件下可能是有益的。這些可變的DNA基因甚至可以完全成為新基因的“飼料”。

然而，如果無法調(diào)節(jié)確保生物體生存能力的基因，它也可能成為達(dá)摩克利斯之劍。因此，目前尚不清楚為什么美洲肺魚沒有進(jìn)化出控制這些所謂“跳躍基因”擴(kuò)散的新方法。Meyer說：“這是被進(jìn)化遺忘的魚類。”

美洲肺魚的基因組并不是所有生物中最大的。這個(gè)頭銜最近被授予了太平洋新喀里多尼亞島上一種擁有1600億個(gè)堿基的蕨。奧利地因斯布魯克大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家Claus Peter Stelzer則希望對(duì)石花肺魚基因組進(jìn)行測序，和美洲肺魚一決勝負(fù)。