那些双重身份的植物：植物基因组“大个子”与植物王国“小矮人”

看看它们都是谁！...





炎热的夏季正是植物王国的子民们野蛮生长的时节。花开不语、枯荣常在的植物中似乎蕴藏着更多基因组奥秘等待人类来发掘。大家可能知道C值悖理，即物种的单倍体基因组的DNA总量C值(C-Value)并不总是与物种进化的复杂性相关。因此，在生物王国出现了很多具有“双重身份”的物种。在普通印象中，那些花花草草的“体型”都比较小，然而，这些植物王国中的部分“小矮人”们却拥有另一个令人吃惊的身份：基因组中的“大个子”（图1） 。这些“小矮人-大个子”物种的领头羊：重楼百合拥有高达约149Gb的基因组；然而，躯干庞大的大象，其基因组大小却只有重楼百合的1/45！是不是很有趣呢？今天，就由组学君来带您领略植物王国的中这些“小矮人-大个子”吧！

重楼百合的DNA含量比目前已经分析过的所有其他植物和动物都更大，尽管我们人类被认为是世界上最复杂和最高级的一种动物，但是这种植物的基因组却是人类基因组的50倍。重楼百合不易栽培。有研究者认为，超大基因组是导致重楼百合生长缓慢和容易受到极端环境影响的原因。延龄草是多年生草本，茎丛生于粗短的根状茎上，叶菱状圆形或菱形，近无柄。延龄草属于渐危种。由于森林采伐过度，破坏了林下延龄草生长的环境，使其分布范围日趋缩小，加上根茎入药，挖掘过量和种子发芽率很低，致使种群数量逐渐减少。延龄草属间断分布于东亚与北美。该属形态解剖较特殊，不同学者对它的分类位置也有不同见解。因此，保护好延龄草，对今后研究延龄草属的系统位置以及植物区系等均有重要意义。贝母为多年生草本植物，其鳞茎可供药用。花单生茎顶，钟状，下垂，每花具狭长形叶状苞片3枚，先端多少弯曲成钩状。花期5-7月，果期8-10月。产于青海、四川、云南、陕西秦巴山区、甘肃等地。雪花莲又名待雪草，具有鳞茎，叶线形。花茎直立，在花茎顶端着生有一朵花，花下垂，钟形。原产于欧洲中部及高加索地区。适应性强，比较耐寒。在我国长江中下游地区可以露地越冬。槲寄生别名北寄生、桑寄生、寄生子等，通常寄生于麻栎树、苹果树、白杨树、松树各树木，有害于宿主，茎柔韧呈绿色。果实半透明，呈黄绿色；果肉有黏质物。槲寄生提取物可改善微循环，其总生物碱还具有抗肿瘤作用。在国外，槲寄生有着深厚的文化底蕴，代表着希望和丰饶。绵枣儿是多年生草本。鳞茎卵形或近球形，鳞茎皮黑褐色。花葶通常比叶长，近椭圆形，基部稍合生而成盘状；蒴果近倒卵形，黑色，长圆状狭倒卵形。花、果期7-11月。产于东北、华北、华中以及四川、云南、广东、江西、江苏、浙江和台湾。生于海拔2600米以下的山坡、草地、路旁或林缘。松叶蕨又称松叶兰，为附生在树干或岩石上的多年生草本植物。有匍匐的地下茎，呈2叉分枝，仅有毛状吸收构造和假根。附生在海拔200—2000米的原生林内。性喜温暖、潮湿及半阴的环境。分布于我国台湾、广东、广西、贵州、云南、四川、江苏、浙江；亚热带其他地区也有分布。松叶蕨枝条细长，全株供药用。松叶蕨在3亿多年前的泥盆纪就已经存在，为现存世界上最古老最原始的维管植物之一，是最古老最原始的陆生高等植物。钝头瓶尔小草根状茎短而直立，有一簇粗肥肉质的根，水平横走如匍匐茎，自先端生出新植。营养叶为广卵形，先端钝圆，基部圆形，无柄，草质，网状脉相当明显。生于开阔的灌丛山坡。产于贵州、云南、四川西南部高原区。热带和亚热带亚洲、澳洲、新西兰也有分布。

由于技术限制，基于短读长测序的拼接在这些大型基因组面前只能望而却步；而今，三代长读长测序技术如PacBio和Nanopore测序技术，为解码复杂大型基因组带来了希望。作为世界领先的三代测序基因组学中心，未来组将继续致力于攻克超大型复杂动植物基因组图谱，为这些超大基因组的解密做出自己的贡献。

参考文献

[1]Pellicer J, Fay MF, Leitch IJ. 2010. The largest eukaryotic genome of them all? Botanical Journal of the Linnean Society 164: 10-15.

[2]Grif VG, Valovich EM, Lebedeva NV. 1980. Parameters of the mitotic cycle in two species of Trillium L. Tsitologiya 22: 1331-1338.

[3]Zonneveld BJM. 2010. New record holders for maximum genome size in eudicots and monocots. Journal of Botany 2010:

[4]Zonneveld BJM, Grimshaw JM, Davis AP. 2003. The systematic value of nuclear DNA content in Galanthus. Plant Systematics and Evolution 241: 89-102.

[5]Marie D, Brown SC. 1993. A cytometric exercise in plant DNA histograms, with 2C values for 70 species. Biological Cell 78: 41-51.

[6]Greilhuber J, Deumling B, Speta F. 1981. Evolutionary aspects of chromosome banding, heterochromatin, satellite DNA, and genome size in Scilla (Liliaceae). [7]Berichte Der Deutschen Botanischen Gesellschaft 94: 249-266.

[7]Obermayer R, Leitch IJ, Hanson L, Bennett MD. 2002. Nuclear DNA C-values in 30 species double the familial representation in pteridophytes. Annals of Botany 90: 209-217

[8] Obermayer R, Leitch IJ, Hanson L, Bennett MD. 2002. Nuclear DNA C-values in 30 species double the familial representation in pteridophytes. Annals of Botany 90: 209-217

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