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人类基因之谜:C值悖论

(2022-04-16 16:40:27)

人类基因之谜:C值悖论

不同物种的C值区间,并不是一个简单的递增关系,并且每一个物种内差异巨大。

1971年,C.A.托马斯(C.A. Thomas)将这个棘手的问题描述为c值悖论(C-value paradox),通常从以下三个不同的角度来描述这个问题:

(1)一些简单的生物比复杂的生物有更多DNA。一些相对原始的生物,如腹足类,具有比哺乳动物更高的C值。一个变形虫每个细胞的DNA是人类的200倍。两栖动物,其中一些的基因组比人类大25倍。

(2)任何一个给定生物的基因组似乎包含多于其预测基因的数目,即基因组可能包含除基因及其调控序列外的大量DNA片段。

(3)一些形态相似的群体表现出高度相异的DNA内容。这在植物中尤其常见,如水稻(Oryza)、高粱或洋葱(Allium),它们的单倍体基因组大小相差3到8倍。不像我们所期望的基因和调控序列通常进化缓慢和保守,出于某种原因,基因组的大小可以在进化的时间尺度上迅速变化,如玉米(Zea mays)的基因组在14万年的时间里扩大了大约50%。

大存在链是18世纪的欧洲shen学概念,是自上而下万物的分级。

人类基因之谜:C值悖论

Chain of being,18世纪欧州神学的概念,是自上而下万物的分级。

存在链分级万物。50年前,人们认为基因组中DNA的数量也有可能如存在链一样将生物至上而下进行分级。

他们的想法是,物种越复杂[1],就需要越多的基因。即基因组中基因的数量应该可以像酵母、线虫、苍蝇、人类一样从少到多排列。而经由那时贫瘠的测序技术得到的数据,似乎初步证实了这一想法。

在存在锁链中,上帝居首,其下有九个等级的天使,天使之下是人类,其下是动物、植物、矿物。因此,链上的生命越高,它的属性就越多,包括它下面的生命的所有属性。

人类的谱系概括了它的系统发育回到阿米巴显示为一个重新解释的链条与活的和化石动物。摘自恩斯特·海克尔的理论批判,1873年。

但慢慢地,人们发现这个思路不太对劲。

随着越来越多的测序结果出炉,DNA含量和生物体复杂性完全脱钩获得了反复证实:C值[2]在不同物种之间差异很大。

在动物中,它们的差异超过3300倍。在陆地植物中,它们的差异约为1000倍。数据显示,许多群体的DNA大小范围可以在几个数量级上不同。藻类到哺乳动物的复杂层次并不与基因组大小呈正相关。

在C值这个术语诞生的几年后,大量非编码DNA的发现解释了第二条问题。这些非编码基因在早期曾被称为垃圾DNA,具有强烈贬义,近年来,人们发现了非编码DNA具有重要的功能。

非编码基因可以解释第二个问题,但这又产生了新的问题。编码基因和非编码基因到底谁对生物复杂性的贡献更大?剔除看似无功能的非编码基因之后,编码基因与生物复杂性相关吗?

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