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絲葉狸藻的基因組

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絲葉狸藻的基因組
科學家在2013年完成了對絲葉狸藻基因組的測序工程。其基因組只含有8千2百萬個鹼基對,這相對於其他多細胞植物來說極爲短小。然而基因組容納了整整2萬8500個基因,這數量比基因組大得多的其他植物還要多。相比其他植物來說,絲葉狸藻基因組含有的非編碼DNA非常少。絲葉狸藻只有3%的DNA非基因,而相比之下,人類的DNA有98.5%是非編碼DNA。大部分開花植物的基因主要是以反轉錄轉座子組成的,但絲葉狸藻只有2.5%的DNA是反轉錄轉座子。該發現可能預示着非編碼DNA(俗稱垃圾DNA)並不是生物必須的。參與這項研究的維克多·艾伯特(Victor Albert)表示:“至少對於一種植物而言,垃圾DNA真的只是垃圾,它不是必須的。”研究基因組大小演變的T·萊恩·格雷戈裏(T. Ryan Gregory)說:“這項研究進一步質疑了基因生物學對於大部分或所有DNA序列功能假定的簡單化解釋,卻忽略了動植物間基因組大小的巨大差異。”
絲葉狸藻與番茄在大約8千7百萬年前從兩者的共同祖先分離開來。之後這兩種植物都經歷了全基因組複製(WGD),使其DNA組倍增。絲葉狸藻的基因組至少經過三次增大。後來大部分無用的DNA都已消失了,但番茄並未如此,以致其基因組大小隻有番茄的十分之一。
與擬南芥相比,絲葉狸藻每個基因的內含子都較少,且其啓動子的保守順式轉錄調控元件也被壓縮。最關鍵的基因都回到了單拷貝的狀態。但絲葉狸藻的線粒體及葉綠體基因組並未出現類似其他被子植物的壓縮。核DNA通過大量的微缺失及一些大型的重組缺失進行壓縮。據推測,在“馬虎”的基因重組過程中,無用的序列隨着時間的推移會被逐漸剔除。絲葉狸藻整個核基因組存在大量GC序列,其被認爲已建立起了一種傾向於缺失的分子機制,但這並不排除存在導致保持該缺失的選擇壓力。節約能源或節約磷素的選擇壓力可能導致絲葉狸藻減少其核基因組大小。絲葉狸藻形成捕蟲囊是由於環境缺磷而非缺氮,所以磷利用率的高低決定了在環境中的優勢與否。先前已有證據說明更大的環境誘變量下會增加突變率,從而增加自然選擇中缺失不必要的DNA的可能性,但沒有證據說明該現象存在於絲葉狸藻及擬南芥的相對突變多樣性中。
科學家猜想,基因重組過程導致無用的基因內容隨時間而被剔除。
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