这种微小的蕨类植物拥有地球上最大的基因组

在《iScience》杂志上发表的一项新研究中，来自皇家植物园、邱园和西班牙巴塞罗那生物研究所（IBB-CSIC）的研究人员为地球上任何生物细胞核中储存的DNA数量最多的生物创造了新的记录保持者

新喀里多尼亚叉蕨的DNA含量是人类的50多倍，超过了自2010年以来一直保持这一纪录的日本开花植物巴黎粳稻。

此外，该植物还获得了三项吉尼斯世界纪录，即细胞核中DNA含量的最大植物基因组、最大基因组和最大蕨类基因组

T.oblanceolata是一种罕见的蕨类植物，发现于新喀里多尼亚岛国和瓦努阿图等邻近岛屿。新喀里多尼亚是法国的海外领土，位于澳大利亚以东约750英里的西南太平洋。Tmesipteris属是一组研究不足的植物，由大约15种组成，其中大多数分布在太平洋岛屿和大洋洲

到目前为止，科学家们只估计了两种T的基因组大小。tannensis和T.oblixa——它们都被发现含有巨大的基因组，分别为73.19和147.29千兆碱基对（Gbp）

2023年，主要作者Jaume Pellicer博士和Oriane Hidalgo博士，来自IBB和前RBG Kew，前往新喀里多尼亚收集Tmesipteris的样本，然后对其进行分析，以估计其基因组的大小。这包括分离数千个细胞的细胞核，用染料染色，然后测量每个细胞核内与DNA结合的染料量——染料越多，基因组就越大

分析显示，扁叶T.oblanceolata的基因组大小破纪录，为160.45 Gbp，比日本p.japonica的基因组大小（148.89 Gbp）大约7%

当解开后，这种蕨类植物每个细胞的DNA都会比伦敦威斯敏斯特的伊丽莎白塔高，伊丽莎白塔高96米，是世界著名的大本钟的所在地。相比之下，人类基因组包含约3.1Gbp，分布在23条染色体上，当像纱线球一样伸展时，每个细胞中的DNA长度仅为约2米

进化生物学研究人员Pellicer博士说，“Tmesipteris是一个独特而迷人的小蕨类植物属，其祖先大约在3.5亿年前进化而来，远远早于恐龙踏上地球。它的特点是主要附生习性（主要生长在树干和树枝上），在大洋洲和几个太平洋岛屿的分布有限。

”很长一段时间以来，我们认为打破巴黎粳稻之前的体型记录将是一项不可能完成的任务，但生物学的极限再次超过了我们最乐观的预测

“根据我们之前的研究，我们预计Tmesipteris中会存在巨大的基因组。也就是说，发现其中最大的基因组不仅是科学探索的壮举，也是探索植物基因组无限复杂性和多样性近14年之旅的结果。”

迄今为止，全球科学家已经估计了20000多个真核生物的基因组大小，在这个过程中揭示了整个生命树的广泛基因组大小。反过来，这些不仅对它们的解剖结构产生了深远的影响，因为更大的基因组需要更大的细胞来容纳它们，需要更长的时间来复制，还对它们的功能、进化以及生活地点和方式产生了深远影响

在动物中，一些最大的基因组包括129.90 Gbp的大理石纹肺鱼（原翼龙）和117.47 Gbp的Neuse河水狗（Necturus lewisi）。与之形成鲜明对比的是，已知最大的真核生物基因组中有六个是由植物持有的，包括欧洲槲寄生（Viscum album），其分子量为100.84Gbp

令人惊讶的是，拥有更大的基因组通常不是优势。就植物而言，拥有大量DNA的物种被限制为生长缓慢的多年生植物，光合作用（植物将太阳能量转化为糖的过程）效率较低，需要更多的营养物质（尤其是氮和磷酸盐）才能生长并与较小的基因邻居成功竞争。反过来，这种影响可能会影响植物适应气候变化的能力及其灭绝的风险

RBG邱园特征进化高级研究负责人Ilia Leitch博士说：“谁能想到这种微小而谦逊的植物，大多数人可能会在没有注意到的情况下走过，却能在基因组大小上创下世界纪录。

”与其他生物相比，从DNA水平来看，植物的多样性令人难以置信，这应该会让我们停下来思考它们在更广泛的全球生物多样性中的内在价值。这一发现也提出了许多关于生物学上可能的上限的新的令人兴奋的问题，我们希望有一天能解开这些谜团。“

吉尼斯世界纪录总编辑Adam Millward说，”想到这种看起来无害的蕨类植物拥有比人类多50倍的DNA，这令人谦卑地提醒我们，这个植物王国还有很多我们不知道的地方，而且记录保持者并不总是最引人注目的。