一種生物的基因組DNA含量越高,進(jìn)化程度是不是就越高?

每一種生物都有自己的基因組。不同生物的基因組從結(jié)構(gòu)、大小到所攜帶的遺傳信息量都有很大區(qū)別?;蚪M決定著一種生物個(gè)體的全部遺傳性狀。

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一種生物基因組的DNA含量是恒定的,該含量值稱為C值(C-value,constant)。C值既可用質(zhì)量(單位pg)表示,也可用長(zhǎng)度(單位bp)表示。C值大小反映了基因組的大小。
不同物種的C值差異極大,隨著生物的進(jìn)化,生物體的結(jié)構(gòu)和功能越來越復(fù)雜,所需基因產(chǎn)物的種類越來越多,因而所需的基因越來越多,其C值也越來越大;生物界每個(gè)門的最小C值與其個(gè)體形態(tài)復(fù)雜程度大致呈正相關(guān)。
例如,在病毒和植物界的各類種群中,C值的變化與進(jìn)化程度一致,其由低到高的順序?yàn)椋翰《尽?xì)菌→真菌→綠藻→苔蘚→蕨類→種子植物。

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然而,物種的C值與其遺傳和形態(tài)復(fù)雜程度之間并無嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系,這種現(xiàn)象稱為C值矛盾(C-value enigma)、C值悖理(C-value paradox)。C值矛盾體現(xiàn)在以下幾方面。
1.真核生物基因組C值遠(yuǎn)超過其編碼蛋白質(zhì)所需的DNA量。例如,人類基因組C值為3.5pg,據(jù)推算,其基因組可容納40萬~60萬個(gè)基因,但目前認(rèn)為人類基因組只有不到2.5萬個(gè)基因。
2.結(jié)構(gòu)、功能相似的同類生物,甚至親緣關(guān)系很近的生物,它們的C值可能相差數(shù)十倍甚至上百倍。例如,同是兩棲動(dòng)物,C值可以小到1pg以下,也可以大到100pg。

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3.進(jìn)化程度高的生物C值未必大。例如,C值最大的動(dòng)物是一種埃塞俄比亞肺魚(P.aethiopicus)(132.8pg),遠(yuǎn)大于人類的C值(3.5pg),但顯然人類的結(jié)構(gòu)、功能比肺魚更復(fù)雜,進(jìn)化程度更高。
4.C值大的生物基因未必多。
對(duì)于真核生物基因組C值矛盾現(xiàn)象,目前的解釋是真核生物的DNA序列大部分為非編碼序列,特別是重復(fù)序列。例如,人類基因組DNA中只有不到2%為編碼序列,其余都是非編碼序列,其中很多序列的功能尚未闡明。此外,轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的選擇性剪接也是哺乳動(dòng)物復(fù)雜性的遺傳基礎(chǔ),而不是簡(jiǎn)單地依靠基因組DNA含量的增大。

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