在南美洲发现的一种肺鱼是迄今测序的拥有最大基因组的动物。8月14日，一项发表于《自然》的研究显示，美洲肺鱼的DNA包含了惊人的910亿个化学碱基，是人类基因组的30倍。
然而，这910亿个碱基只包含与人类相同数量的基因——大约2万个，其余都是非编码的，甚至可能是“垃圾”DNA。
此外，通过将美洲肺鱼基因组与其他肺鱼的基因组进行比较，研究人员确定，美洲肺鱼每1000万年向其DNA中添加相当于人类基因组的基因组。
美洲肺鱼。图片来源：KATHERINE SEGHERS/LOUISIANA STATE UNIVERSITY
没有参与这项工作的乌拉圭共和国大学进化遗传学家Graciela Garcia说：“这是迄今为止在动物中报道的最大基因组。”他研究过鳉鱼的基因组，它们也有很多非编码DNA。
肺鱼有时被称为“活化石”，是一种呼吸空气的总鳍鱼类，与所有脊椎动物最古老的共同祖先最为相似。自2018年以来，德国维尔茨堡大学进化生物学家Axel Meyer、Manfred Schartl和同事一直致力于破译来自三大洲的肺鱼基因组，以更好地了解脊椎动物的进化。
他们首先对澳大利亚肺鱼的鳍骨进行了测序，这些鳍骨与人类四肢和其他陆地动物的鳍骨相似。然后，他们转向非洲肺鱼，它的肢骨大大减少了。现在，他们研究了美洲肺鱼，它的鳍也变小了，基因组是澳大利亚和非洲同类的两倍。
这个庞大的基因组中包含了生物体的基因，用4种不同的化学“字母”，即核苷酸或碱基编写的蛋白质指令，以及有用的RNA编码。但美洲肺鱼绝大多数基因组是由其他东西组成的——被称为转座因子的重复片段，它可以自我复制，并将这些副本插入DNA中。
研究人员发现，美洲肺鱼大约90%的基因组由这些“自私”序列组成，而人类基因组的这一比例约为40%。
肺鱼基因组是如何被重复DNA弄得如此混乱的？研究人员将其与其他脊椎动物基因组进行比较后发现，它的生长不受控制，因为南美洲和非洲的肺鱼失去了关键基因，而正是这些基因的RNA和蛋白质产物抑制转座因子。
“这对动物来说一定是一个巨大的代价。”Meyer说。一条肺鱼的19条染色体中，除了一条外，其余的都和整个人类基因组一样大。所以复制这些DNA需要很多能量，包裹它的细胞核和细胞也必须更大。
Garcia表示，更大的基因组有时可以帮助生物体适应不断变化的环境。当转座因子落在基因中或附近时，它们可以改变该基因的活性，这在适当的条件下可能是有益的。这些可变的DNA基因甚至可以完全成为新基因的“饲料”。
然而，如果无法调节确保生物体生存能力的基因，它也可能成为达摩克利斯之剑。因此，目前尚不清楚为什么美洲肺鱼没有进化出控制这些所谓“跳跃基因”扩散的新方法。Meyer说：“这是被进化遗忘的鱼类。”
美洲肺鱼的基因组并不是所有生物中最大的。这个头衔最近被授予了太平洋新喀里多尼亚岛上一种拥有1600亿个碱基的蕨。奥利地因斯布鲁克大学进化生物学家Claus Peter Stelzer则希望对石花肺鱼基因组进行测序，和美洲肺鱼一决胜负。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07830-1
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