线粒体和叶绿体的基因组特点_植物基因组特征

今天拿到了浙江大学樊龙江老师编写的最新教材，如获至宝，可以宅在家里好好看书了！

---

以下是学习《植物基因组学》做的小笔记，便于以后查阅！

1. 基因组大小跨度大

真核生物中，植物基因组大小跨度最大 (46Mb～148.8Gb)。

PS：看到书中写植物基因组最大的物种是 Pieris japonica (日本马醉木)，应该是拉丁名写错了，是 Paris japonica (日本重楼)。

(?动植物基因组大小的范围)

(Hidalgo et al. 2017)

(?基因组大小超过100G的物种)

(Hidalgo et al. 2017)

2. 基因组多倍化频繁

植物基因组复制(Duplication)和三倍化(Triplication)事件频繁发生。基本上所有开花植物都经历过全基因组加倍事件，也就是说植物基本上都是古老的多倍体。

(Plant Genome Duplication Database)

(http://chibba.agtec.uga.edu/duplication/)

3. 基因组快速和缓慢进化并存

植物基因组的进化特点：

• 通过DNA突变和基因横向转移(horizontal gene transfer, HGT)获得新基因、新功能。

• 植物细胞中拥有进化速率最慢的叶绿体基因组和最快的线粒体基因组(PS：有文献报道在植物中线粒体基因组是进化速率最慢的?)。

(Wolfe et al. 1987)

• 植物起源久远，不同类型植物分化跨度大。

4. 独有叶绿体基因组

叶绿体被认为是内共生起源的细胞器，具有独立基因组。

(?大豆叶绿体基因组图谱)(Daniell et al. 2016)叶绿体基因组是裸露的环状双链DNA分子，大小一般120～180kb，编码与光合作用相关的蛋白质和核糖体蛋白，包括各种tRNA和rRNA。叶绿体基因组可自行复制，但同时需要细胞核提供遗传信息。

(引自维基百科)

5. 基因组构成特征明显

与人类和其他动物相比，植物基因组的基因明显更小(长度短)，而且外显子数量少。植物基因组重复元件(TE)构成具有特异性，Copia、Gypsy类的长末端重复元件(LTR)比例最高，且没有人类基因组上大量存在的Alu等重复元件。

6. 基因组表观遗传学环境不同

DNA甲基化是主要的表观修饰之一，动植物甲基化特征有所不同。

• 脊椎动物基因组CpG双核甘酸中60%～80%的胞嘧啶(C)被甲基化；而被子植物基因组中，只有20%～30%被甲基化。

• 除了CpG岛，哺乳动物基因组上甲基化的胞嘧啶还均匀分布在其他区域，如编码区；而植物基因组中甲基化主要发生在转座子和重复序列中。

• 在哺乳动物中，DNA甲基化在胚胎发育的早期需要一个全部抹除和重新建立的过程；而植物中没有这个过程，所以植物的DNA甲基化状态和甲基化变化往往能被后代继承。

---

延伸阅读：

Daniell, H., C.-S. Lin, M. Yu and W.-J. Chang (2016). "Chloroplast genomes: diversity, evolution, and applications in genetic engineering." Genome Biology 17(1): 134.Hidalgo, O., J. Pellicer, M. Christenhusz, H. Schneider, A. R. Leitch and I. J. Leitch (2017). "Is There an Upper Limit to Genome Size?" Trends in Plant Science 22(7): 567-573.Wolfe KH, Li WH, Sharp PH (1987). Rates of nucleotide substitution vary greatly among plant mitochondrial, chloroplast, and nuclear DNAs. Proc Natl Acad Sci USA 84, 9054-9058.