為什麼植物的線粒體基因組比動物的線粒體基因組大得多？

植物線粒體基因組的結構差異很大，但線粒體基因極為保守，是三組植物基因組中進化速度最保守、進化速度最慢的。 黃瓜有這麼大的線粒體基因組，但只比擬南芥多四個基因。 正是因為植物中的線粒體基因非常保守，鑑別力不足，所以一般不選擇它們作為系統學研究的分子標記。

這與動物相反，動物的線粒體基因以更快的速度進化，因此它們是動物系統學研究中最常用的分子標記。

那麼，是什麼導致植物線粒體基因組如此之大，並充斥著如此多的非編碼序列呢？ 是什麼原因，在如此瘋狂的基因組突變中，線粒體基因本身能夠獨樹一幟，毫不意外，且像泰山一樣穩定？ 目前，我們用發生在分粒體非編碼區和編碼區的兩組不同的DNA修復機制來解釋它。

在植物的線粒體編碼區進行鹼基剪下修復和基因切換介導的精密修復，在非編碼區進行非同源末端連線和斷裂誘導的複製介導的非精準修復。 <>

植物質體基因組進化只是我專案的一部分，這裡簡要討論植物線粒體基因組的特徵、原因和後果。

植物線粒體基因組的主要特徵是：基因組在大小和結構上差異巨大，但基因極為保守; 基因分布非常稀疏，包含大量非編碼序列; 有大量的RNA。

大多數動物的環狀線粒體基因組大小約為15-17 kb，結構相對保守，基因排列緊湊，與植物的葉綠體基因組相似，在100-200 kb之間。 然而，植物的線粒體基因組具有與前兩者截然不同的特徵，其大小一般在200-750 kb之間。 一些植物，如黃瓜，具有高達 1556 kb 的線粒體基因組。

基因組大小的這種差異可能是巨大的，即使在密切相關的物種之間也是如此。 例如，在 Silene 屬中，夜行性鏈球菌 （S. nocturnalis）。Noctiflora）具有線粒體基因組大小，而S. officinalis（S.

Latifolia）的線粒體基因組為253 kb。兩者同屬，後者的線粒體基因組大小是前者的30倍以上。 即使在同一物種中，線粒體基因組的差異也是顯著的。

如在白玉草（svulgaris），在任何不同群體中，只有大約一半的線粒體基因組序列在成對之間是相同的。

雖然植物的線粒體基因組非常大，但其上的編碼基因並不多，排列非常稀疏。 植物的葉綠體基因組中大約有100個基因，但擬南芥的線粒體基因組中只有大約50個基因，比葉綠體基因組大，而人類的線粒體基因組中有37個基因。 擬南芥的線粒體基因數量不到人類的兩倍，但其基因組的大小卻是人類的 22 倍。

換句話說，植物的線粒體基因組大多是非編碼序列，佔整個擬南芥線粒體基因組的60%以上。 這些非編碼序列由重複片段、從葉綠體基因組和基因組轉移的序列，甚至從水平基因轉移中獲得的其他物種的序列組成。 例如，最古老的被子植物Amborella trichopoda的線粒體基因組包含大量來自苔蘚、綠藻和其他被子植物的序列片段。

我們不要討論哪種植物或動物更高。 僅就基因組而言，植物基因組更大是有原因的。

一般來說，基因組越大，合成的蛋白質分子越大，功能越複雜，生物體越複雜。 如果基因組較大，則為染色體。 由於個體多倍體、非編碼序列、重複序列和基因排列的方式不同，生物基因組存在很大差異。

基因組多倍體在植物中更常見，但在動物中往往是二倍體且更簡單。 而植物基因組在進化過程中會有多種重組組合。

基因的排列也不一致，這表現在植物偏愛長基因間序列的短簇，而動物偏愛長基因和長內含子。 結果是高濃度的動物編碼蛋白DNA。 <>

線粒體是存在於大多數真核細胞中的雙層膜包被細胞器，是細胞內產生能量的結構，是細胞進行有氧呼吸的主要場所，稱為細胞的“能量工廠”。

除了為細胞提供動力外，線粒體還參與細胞分化、細胞資訊傳遞和細胞凋亡等過程，並具有調節細胞生長和細胞週期的能力。

線粒體擁有自己的遺傳物質和遺傳系統，但它們的基因組大小有限，是乙個半自主的細胞器。

線粒體DNA是線粒體中的遺傳物質，呈雙鏈狀環狀。 線粒體中可以有乙個或幾個線粒體 DNA 分子。

雖然線粒體DNA可以合成蛋白質，但其種類非常有限，基因組數量一般不到核基因組的1%。

迄今為止，已知mtDNA編碼的RNA和肽是：線粒體核醣體中的2種RNA（12S和16S種），22種tRNA和13種肽（每種含有約50個氨基酸殘基）。 構成線粒體各個部分的絕大多數蛋白質由核 DNA 編碼並在細胞質核醣體上合成，然後被運輸到線粒體中各自的功能位點。

正因為如此，線粒體遺傳系統仍然依賴於細胞核的遺傳系統。

因此，線粒體是半自主細胞器。

線粒體結構。

眾所周知，哺乳動物的線粒體基因組最小，果蠅和青蛙的線粒體基因組略大，酵母的線粒體基因組較大，植物的線粒體基因組最大。 已經確定了人類、小鼠和牛的完整線粒體基因組序列，所有序列均約為 16 5 kb。 每個細胞中都有數千個線粒體基因組DNA拷貝。

關於果蠅和青蛙的細胞中有多少線粒體，以及每個線粒體有多少拷貝的DNA拷貝，沒有確切的數字。 據估計，線粒體DNA的總量僅比核DNA少1%。 釀酒酵母的線粒體基因組長約84 kb，每個細胞有22個線粒體，每個線粒體有4個基因組。

生長中的酵母細胞的線粒體DNA可以佔細胞中總DNA的18%。

由於植物線粒體基因組中含有大量的非編碼序列，其中許多是短重複序列，因此植物線粒體基因組非常容易重組。 因此，與葉綠體基因組不同，葉綠體基因組通常存在於細胞中乙個完整的環中，植物線粒體基因組會因為重組而形成線狀結構，甚至許多大小不一的小環，如黃瓜，除了大的線粒體基因組外，還有84kb和45kb兩個小的線粒體基因組。 在實際的測序結果中，可能會得到許多不同的小環序列，這也給植物線粒體基因組的測序帶來了很多麻煩。

因此，目前完全測序的植物線粒體基因組甚至可能不是葉綠體基因組的1 10。

由於植物線粒體基因組的極端複雜性，它的研究遠不如葉綠體基因組。 而且，編碼基因的低密度也讓得對它們的研究吃力不討好，很少有人願意花功夫。 因此，植物線粒體基因組的研究是乙個非常新的領域，還有很多問題需要解決。