基因组大小：物种复杂性与基因组大小无对应关系

2023-10-28 理论教育版权反馈

【摘要】：如果咱们玩斗地主，78910JQK，这个序列是有意义的，在扑克牌里叫顺子，在基因组里可类比于一个基因。现在你明白了吧，说一个物种基因组有多大，就是问这个物种有多少张“扑克牌”，也即多少个碱基对。460Mb，也就是4.6亿对；大豆的基因组有多大啊？1Gb，大约是10亿对；那小麦的基因组呢？你可能有点儿混乱了，难道不是物种越高等，基因组就越大么？物种的基因组大小和它的复杂性之间没有严格的对应关系，这个现象被称为“C值悖论”。

当我们遇到一个新的物种，随着知识背景的不同而愈发专业，大概会从“这是什么动物”“这动物是肉食还是植食”，一直问到“这动物是哪个科的”。至于“这货能吃么”，不在本次讨论之列。

当我们从基因角度去研究一个物种的时候，一定会问一个问题：“这个物种基因组有多大？”第一次看到这个名词一定会有些奇怪，基因就是基因，基因组又是个什么东西呢？这东西还能用大小描述么？

为了便于理解，我们用扑克牌举例。一副牌不算大小王是52张，花色是黑、红、梅、方；一个人的基因组有30亿个碱基对（3Gb），花色是A、G、T、C（A腺嘌呤、G鸟嘌呤、T胸腺嘧啶、C胞嘧啶），都是DNA的基本组成部分。如果咱们玩斗地主，78910JQK，这个序列是有意义的，在扑克牌里叫顺子，在基因组里可类比于一个基因。但如果这个顺子里面的10变成了9，那么这个本来可以一次出去的牌，就变成了只有一对9，其他都是单牌，这副牌玩下去可能就输了。这样的变化就属于基因突变，如果发生在重要的基因上，可能就会引起遗传疾病或者肿瘤。

这个地球上相当比例的生物都是二倍体，即由受精卵发育而来，且每一个体细胞内都有两套染色体，分别来自父母。人类也是如此。但我们讲基因组的时候通常说的是其中的一半，即单倍体。我们可以把一个人的基因组想象成一副有30亿张牌的扑克，分成了23摞，每一摞就是一条染色体，所以一个人是有23对染色体的（22对常染色体和1对性染色体），又因为性染色体有X、Y两种，所以人类总共有24种染色体。我们人类大约有22000个基因（准确的数字今天依然有争议），但也只占到了全部序列的1.5%，其他清楚功能的算在一起也不过3%。也就是说，我们基因组当中至少还有97%是“暗物质”，越来越多的证据表明这些之前认为的“垃圾序列”是有用的，只是我们还没有研究得很明白。(www.chuimin.cn)

现在你明白了吧，说一个物种基因组有多大，就是问这个物种有多少张“扑克牌”，也即多少个碱基对。比如乙型肝炎病毒基因组有多大啊？3.2Kb，也就是3200对；大肠杆菌基因组有多大啊？4.6Mb，也就是400多万对；果蝇（一种蝇类）的基因组有多大啊？137Mb，也就是1.37亿对；水稻的基因组有多大啊？460Mb，也就是4.6亿对；大豆的基因组有多大啊？1Gb，大约是10亿对；那小麦的基因组呢？16Gb，也就是160亿对。至于人类，刚才已经讲过了，大约是3Gb，也就是30亿个碱基对。不光是人类，大部分哺乳动物也都是在3Gb左右，而鸟类的基因组大部分是1Gb左右，至于鱼类、两爬类还有昆虫们，它们的基因组大小范围就非常广阔了，从几百Mb到几十Gb都有，还真不容易一概而论。

你可能有点儿混乱了，难道不是物种越高等，基因组就越大么？当然不是，正如不能说鲸鱼、大象比人体型大，它们就比人类更高等一样。物种的基因组大小和它的复杂性之间没有严格的对应关系，这个现象被称为“C值悖论”。

基因组大小：物种复杂性与基因组大小无对应关系

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