植物为什么基因组很大（基因组最大的植物）
为什么植物中控制代谢的基因比动物控制代谢的基因多 首先，大体上来说动物的基因组还是比植物更大的。题主可能只是对个别植物的基因组有印象，比如麦类，而忽略了拟南芥、水稻这些只有几百兆的基因组。可是动物的基因组很多都上Gb的，这个问题下牧羊的男孩儿的数据就很棒。 其次，基因组大小跟生命活动的复杂性并没有关系。 先从基因数目说起。植物个别基因组虽然大，但是其基因数目并没有特别多，比如小麦17Gb，基因数目也就十几万最多二十几万吧。相比水稻400Mb不到的基因组有5万个基因，小麦的基因组比水稻大了40倍，但是基因数目却最多只有6倍。小麦基因组中重复序列特别多，大概能占到基因组80%+的比例。因此，小麦基因组特别难研究，有用的信息不怎么多。 不过其实基因数目也不说明什么，比如水稻400Mb，5万个基因；人类3Gb，3万个基因。乍一看水稻基因数目比人多，是否生命活动复杂性就比人高呢？当然不是。还有一个因素，生命活动的调控能力，在动物和植物里有着相当大的差异。我们知道中心法则，DNA-RNA-Protein，从DNA要变为直接参与生命活动的蛋白质，这中间有多少调控因素呢？可变剪接，小RNA，甲基化，磷酸化，泛素化……对不起，我才疏学浅，粗略一想只能想到这些常见的，但是实际的细胞机制太多了。做个不恰当的比喻，某个个体的能量只能在DNA中保留20个基因，你如果每个基因都去做一件事，那你最多也就做20件事；但是你用10个DNA去做基本的事情，用另外10个DNA去做改变他们的管理人员，那你就可以做10x10=100件事。这里，就是我个人认为的，动物和植物基因组最大的区别。不是说植物基因组没有调控能力，而是相比而言，动物的调控行为更加复杂。动物有神经系统有思维，显然在这方面需要更多的调控。 最后，动物界很少有多倍体，而植物中多倍化现象很常见。这也是个别植物基因组大到吓人的原因。 为什么动物基因组比植物的庞大?因为动物的结构比植物精细，生命过程比植物复杂，需要更多的基因。 为什么有些基因组非常大，而另一些却很小？基因组的意思其实只是存在于生物学里面的遗传学的，只有在这里面讨论才能有意义，我们所说的遗传基因组其实就是遗传信息或者说是遗传物质的总和。 对于人体来说，我们所有的染色体的组合就是我们的基因组，所以我们的基因组在生物里面算很大得了，当然也不仅仅如此，还有的生物的基因组比人类大得多，但是在体型上却比人类要小。 当然，自然界的生物种类多如繁星，但是只有像北极星那样的明亮的星才能闪耀在宇宙之中。地球也一样，基因组出众的生物就能获得他的地位，人类的基因在不是最大的，但却是最灵活的和适应性最好的，所以人类才能在这几千年里成为地球之主。 有的基因组大，而有的基因组小，这里面牵涉到遗传信息多与少之间的关系，一般来讲基因组大的生物携带有的遗传信息就很多，而基因组小的生物携带的遗传信息就很少，比如细菌的基因组很小，同时这些细菌能够利用的基因组也很少，究其原因就是这些基因在只有少量的遗传信息，遗传信息表达出来的形状就很少。 而人类的就复杂得多，不仅仅有我们的衣食住行，而且我们的传承以及血统的继承问题都明明白白写在我们的遗传信息之中了。但是这种基因组没有好与坏的区别，这都是适应环境的结果，只有对自己适合的基因组才能在自身的环境下生存，我们人也是一样，我们的基因组也是早就形成了，没有好坏基因。 而人类的就复杂得多，不仅仅有我们的衣食住行，而且我们的传承以及血统的继承问题都明明白白写在我们的遗传信息之中了。但是这种基因组没有好与坏的区别，这都是适应环境的结果，只有对自己适合的基因组才能在自身的环境下生存，我们人也是一样，我们的基因组也是早就形成了，没有好坏基因。 不管我们是什么样的人，我们都需要像对待自己一样尊重他人，在一些时候能够理解他人，这样才会有自己精彩的一生，才能在自己的环境中得到他人的祝福。 你知道为什么动物线粒体基因组比植物小那么多吗？ 植物质体基因组进化正好是我课题的一部分，这里简要讨论一下植物线粒体基因组的特点，成因和后果。 植物线粒体基因组的主要特点是：基因组大小和结构变异巨大，基因却极度保守；基因分布非常稀疏，含有大量非编码序列；存在大量的RNA编辑。 大部分动物的环状线粒体基因组的大小约15-17kb，且结构相对保守，基因排列紧凑，这些特点都跟植物叶绿体基因组相仿，植物的叶绿体基因组大小在100-200kb之间。然而植物线粒体基因组却跟前两者有着迥然不同的特性，其大小一般在200-750kb之间。有些植物如黄瓜，其线粒体基因组竟然达到了1556kb之大。而且这种基因组大小的差异即便是在近缘物种之间都可以是非常巨大的。如在蝇子草属（Silene）中，夜花蝇子草（S.noctiflora）的线粒体基因组大小为6.728kb，而叉枝条蝇子草（S.latifolia）的线粒体基因组则有253kb之大。两者为同属植物，后者的线粒体基因组大小竟然达到了前者的30多倍。而即便在同一物种中，其线粒体基因组的差异也非常显著。如在白玉草（S.vulgaris）中，任何不同种群两两之间只有约一半的线粒体基因组序列是相同的（Sloanetal,2012）。 虽然植物的线粒体基因组非常庞大，但其上的编码基因却并不多，排列得非常稀疏。植物的叶绿体基因组上有约100个基因，但比叶绿体基因组大的拟南芥线粒体基因组上，却只有约50多个基因，而人的线粒体基因组上有37个基因。拟南芥的线粒体基因数量不到人的两倍，其基因组大小却是后者的22倍。也就是说，植物线粒体基因组中，大部分都是非编码序列，这些序列占到了整个拟南芥线粒体基因组的60%以上。这些非编码序列由重复片段、由叶绿体基因组和和基因组转移而来的序列，甚至是基因水平转移获得的其它物种的序列构成。如最古老的被子植物互叶梅（Amborellatrichopoda）的线粒体基因组中，就有大量来自苔藓、绿藻和其它被子植物的序列片段（Rice,2013）。 植物线粒体基因组结构变异巨大，线粒体基因却极度保守，是植物三套基因组中最保守，演化速率最慢的。黄瓜如此庞大的线粒体基因组上，却只比拟南芥多了四个基因。正是由于植物线粒体基因非常保守，区分度不足，所以一般不选作系统学研究的分子标记。这跟动物正好相反，动物的线粒体基因演化速率较快，所以在动物系统学研究中，它们是最常用的分子标记。 那么是什么导致植物线粒体基因组如此庞大，涌入了如此多的非编码序列呢？又是什么导致在这样疯狂变异的基因组中，线粒体基因本身却能独善其身，处变不惊，稳如泰山呢？目前我们是用发生在线粒体非编码区和编码区的两套不同的DNA修复机制来解释的。 叶绿体基因组大于线粒体基因组吗目前已测序的植物的叶绿体基因组大小为130-150kb，相对来说是非常保守，大小变化也不大；但是植物线粒体基因组的大小变化范围较大，200-2700kb。因此，总体上可以说线粒体基因组大于叶绿体基因组。 上述是针对植物的分析。 由于动物细胞、细菌等不含叶绿体，而含有线粒体基因组，大小范围就很宽了，不好比较。 |