超數染色體的神秘身世:它們究竟是如何在生物界中形成的?

在各種動植物及真菌的野生族群中,除了正常的核型之外,還存在著B染色體(又稱超數染色體)。這些染色體在物種的生命中並非必需,而在某些個體中則完全缺失。因此,某一群體可能會包含不同數量的B染色體,呈現出0、1、2、3等變化。這些B染色體與標記染色體或正常染色體的額外拷貝不同,它們的形成及進化過程至今仍充滿謎團。

「超數染色體可以視為一種特殊類別的基因多態性,由於各種積累機制的不同,這些染色體並不遵循普通的孟德爾遺傳定律。」

這類染色體的進化起源目前仍不明朗,但推測可能源自於正常染色體的異染色部分。以次代基因測序為例,已發現黑麥中的B染色體實際上是黑麥A染色體的融合體。而某些非洲慈鯛魚(Haplochromis latifasciatus)的B染色體同樣被證實源自正常A染色體的重組。

雖然大多數B染色體主要為異染色體,即它們的編碼功能有限,但有些則包含相當可觀的真染色體區段,例如玉米的B染色體。此外,B染色體的功能性存在多樣性。在某些情況下,它們可能充當自私的遺傳元件,卻也有可能提供適應環境的正向優勢。例如,英國的草蜢(Myrmeleotettix maculatus)擁有兩類結構型B染色體,當它們出現在乾燥的熱帶環境時,則其數量顯著增加,而在潮濕寒冷的環境中則相對稀少。這也說明了超數染色體與特定棲息地之間的關聯性。

「目前已知,超數染色體在花粉繁殖過程中會產生不利影響,但在特定環境中的有利影響卻也普遍存在。」

在真菌界,染色體多樣性非常普遍。即使同一物種的不同分離株,其染色體數也常常不相同,而這些額外的染色體對於正常培育生長並非必需。因此,超數染色體被稱為條件可有可無的染色體,因為在特定環境中可能會帶來選擇性優勢。雖然這些超數染色體並不攜帶基本生長所需的基因,但卻可能具有某些功能意義。

「例如,豌豆病原菌(Haematonectria haematococca)的超數染色體中攜帶對其致病性重要的基因。」

這種超數染色體中的DNA被發現能編碼一組代謝植物免疫系統分泌毒素的酶。對於小麥造成影響的真菌病原體Zymoseptoria tritici,其擁有多達八條供應染色體,這是迄今為止在真菌中觀察到的最多的超數染色體數量。

在植物界,B染色體是基因多樣性的重要反映,這些超數染色體通常在被自然授粉的開花植物品種中觀察到。B染色體在不同物種中的發生形式不一,其數量在同一植物群體內部成員間呈現變化。例如,姊妹物種Aegilops speltoides與Aegilops mutica在其空中組織中擁有B染色體的拷貝,而在根部則缺乏這些超數染色體。植物的B染色體在形態結構和大小上與正常染色體明顯不同,通常呈現為「非同源且小於最小的A染色體」。

隨著研究的深入,科學家們對B染色體的形成機制和進化歷程的理解日益加深,但究竟它們在生物界中扮演了什麼樣的角色?

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