一種古老的灌木，僅生長在世界上的一個島嶼上，卻莫名其妙地吞噬了相當於六個線粒體基因組的DNA，這讓科學家們感到困惑，並可能揭示人類基因組中膨脹的“垃圾”DNA。
由於科學家們只能猜測的原因，Amborella 攝入了苔蘚和三種綠藻的整個線粒體基因組，以及來自另一種藻類和數量不確定的開花植物的數百個雜項基因。 這種囤積量比之前在任何其他植物中發現的都要大幾個數量級。“本地基因的數量是外源基因的六分之一，”印第安納大學布盧明頓分校的生物學家、去年 12 月在《科學》雜誌上發表該結果論文的通訊作者傑弗裡·帕爾默說。“以前從未見過這樣的情況。這真是令人震驚。”
科羅拉多州立大學生物學助理教授丹·斯隆研究線粒體 DNA 的進化，但未參與這項研究。他說他發現這些結果令人興奮。“這為植物線粒體基因組的漫長而令人驚奇和非常奇怪的事物清單又添了一筆，”他說。
支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業： 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
線粒體——將食物轉化為細胞可以使用的能量的細胞器——是古代細胞吞噬細菌的產物，這些古代細胞最終將進化成大型多細胞生命形式。線粒體仍然保留著它們先前獨立生活的證據，包括它們自己的 DNA。
Amborella 是一種常綠灌木，開白色小花，僅生長在新喀里多尼亞的格蘭德特爾島上，該島是法國管轄下的太平洋群島，位於澳大利亞以東 1,125 公里以外。 Amborella 大約在 2 億年前從其餘的開花植物中分離出來，並且很可能是今天仍然存活下來的第一種開花植物。這使其成為研究達爾文的“可憎之謎”——開花植物的突然進化——的重要生物。
在這項研究中，科學家對 Amborella 的線粒體基因組進行了測序，並尋找了他們能夠找到的所有基因。他們發現了一個近乎完整的苔蘚線粒體基因組，它被分解成四塊散佈在整個基因組中。 Amborella 線粒體基因組還包含來自三種不同種類的綠藻的完整基因組殘骸，這些綠藻已知會形成地衣，以及來自至少一種藻類供體的少量 DNA。 還有大約兩組額外的線粒體基因，來自似乎是寄生性開花植物的基因。 大量的收集使 Amborella 的線粒體基因組膨脹到自由生活細菌基因組的大小。
然而，幾乎所有這些基因收穫似乎都是無功能的。而且這一切都已經存在了很長很長時間。 從累積的突變來看，這些轉移似乎發生在數千萬年前。“這就像 Amborella 是一個充滿正在衰變的古代 DNA 的博物館，”帕爾默說。
在 Amborella 被發現之前，已知儲存最多外源線粒體基因的植物是 Rafflesia，一種寄生植物，它產生色彩鮮豔且臭名昭著的“屍花”，因其腐爛的氣味而得名。（它也恰好是世界上最大的花。）但是 Rafflesia 包含來自其他開花植物的 10 到 20 個基因——遠不及 Amborella 收集的 197 個外源基因和四個近乎完整的外源基因組。
這是怎麼發生的？ Amborella 經常覆蓋著苔蘚、地衣和寄生植物，而且這種植物似乎經常被掉落的樹枝或動物損壞。 傷口會使細胞破裂，並可能使來自兩個不同物種的細胞內容物混合在一起。 在所有植物、動物和真菌中，線粒體不時相互融合，這有助於透過允許將正常副本轉移到突變線粒體來糾正可能發生的任何突變。 帕爾默和他的同事提出，當 Amborella 及其附生植物（生長在其他植物上的植物）同時受傷時，來自苔蘚、地衣衍生的藻類和寄生性開花植物的線粒體與最終癒合的 Amborella 細胞的內容物混合在一起。 由於所有植物（以及基於 Amborella 的證據，綠藻）都共享相同的線粒體融合方法，因此這些不相關物種的線粒體隨後與 Amborella 的線粒體融合並交換了 DNA。
Amborella 透過產生“萌櫱”或新芽來響應損傷，這些新芽可能包含攜帶外源 DNA 的細胞。 由於大多數植物細胞理論上可以變成類似幹細胞的細胞，因此這些細胞已有效地整合到新的種系或新的個體植物中。 這種過程不太可能發生在動物身上，因為它們將其生殖細胞（卵子和精子）隔離在難以接近的卵巢或睪丸內，並且從不允許其他組織繁殖。
但是為什麼 Amborella 如此熱衷於囤積？ 尚無人確定，但可能是這種植物收集如此多的外源 DNA 並不罕見。 相反，它可能在清除其線粒體基因組方面相對存在缺陷。 如果是這樣，即使有過多亞細胞包袱，Amborella 似乎也完全沒問題。 這可以被解釋為額外的 DNA 是進化中的中性力量的證據，這將支援長期的正統觀念——受到 ENCODE（DNA 元素百科全書）聯盟最近研究的質疑——即我們自身基因組中絕大多數非基因編碼 DNA 也是“垃圾”，它沒有任何用途，但也沒有任何代價。
雖然帕爾預設為 Amborella 獨特的開花植物遺產在這個故事中純粹是一個巧合，但斯隆認為，自從它與其餘開花植物分離以來的 2 億多年裡，它的遺傳穩定性可能與其不願清理線粒體“壁櫥”有關。“也許 Amborella 並沒有那麼不同，”斯隆說。“也許這實際上經常發生——將這些大型基因組插入植物線粒體中。但由於它在進化過程中更穩定，我們可以更好地觀察它，並且它不會像那麼快地消除這些插入的足跡。”