C值悖論

在每一種生物中其單倍體基因組的DNA總量是特異的，被稱為C值（C-Value）。 DNA的長度是根據鹼基對的多少推算出來的。各門生物存在著一個C值範圍，在每一門中隨著生物複雜性的增加，其基因組大小的最低程度也隨之增加。

物種的C值和它進化的複雜性之間沒有嚴格的對應關係，這種現象稱為C值悖論。

基本介紹

• 中文名：C值悖論
• 外文名：C-Value
• 含義：單倍體基因組的DNA總量是特異的
• 非基因序列：基因序列以外的DNA序列

簡介

物種的C值與其進化複雜性之間無嚴格對應關係

C值的資料表明，在不同的門中C值的變化是很大的。相對比較簡單的單細胞真核生物像啤酒酵母，其基因組就有1.75×10^7bp大約是細菌基因組的3-4倍。最簡單的多細胞生物秀麗隱桿線蟲其基因組有8×10^7bp，大約是酵母的4倍。看來生物的複雜性和其DNA含量之間有較好的相關性。但我們可看到在其它的一些門中，這種相關性有的並不現實。實際上一個門中的C值變化並沒有一定的規律。例如在哺乳類、鳥類和爬行類的C值變化範圍都很小，而在兩棲類中這種變化範圍增大，而植物的C值變化範圍更為寬廣，常成倍成倍地增加。C值和生物結構或組成的複雜性不一致的現象稱為C值悖論(C-value paradox)。

C值悖論

第一，生物體的高等還是低等並不能光光從染色體的多少或者DNA的多少來衡量，而應該看他們的有用基因的數量。因為染色體中很多內含子、junkDNA和重複序列在的研究看來對生物的性狀是不必要的。

第二，從哲學的角度，生物並不能被分為高等和低等，這種劃分是人為的劃分，但在自然選擇的角度下來看，所有地球上的生物都是平等的，沒有高低等之分。

矛盾產生

一個基因組中的DNA含量用C值表示，C值的大小並不能完全說明生物進化的程度和遺傳複雜性的高低。也在計算C值時是根據所有的表達產物來估計的。比如有1000種蛋白質產物就意味著會有大約1000種mRNA，就是1000個基因，而實際上還有非編碼的，所以少估計了。

高等生物具有比低等生物更複雜的生命活動，所以，理論上應該是它們的C值也應該更高。但是事實上C值沒有體現出與物種進化程度相關的趨勢。高等生物的C值不一定就意味著它的C值高於比它低等的生物。這種生物學上的DNA總量的比較和矛盾，稱為C值悖論。

C值進化

物種的C值與其進化複雜性之間無嚴格對應關係。C值的資料表明，在不同的門中C值的變化是很大的。相最簡單的多細胞生物秀麗隱桿線蟲其基因組有8×10^7bp，值和生物結構或組成的複雜性不一致的現象稱為C值悖論(C-valueparadox)。我們還不能完全解釋這種矛盾。在一定意義上說，生物類群中C值變化範圍寬就意味著在某些生物中有些DNA是冗餘的，不能編碼有功能的活性物質。DNA總量變化範圍的產生至少有一個原因，即在染色體上存在著不同數目的重複序列，這些重複序列是不表達的。

C值悖論

C值結構

基因組大小、基因數目與生物複雜度的關係也是科學家們關注的一個重要問題。基因組大小也稱為C值，是指生物體的單倍體基因組所含DNA總量。從原核生物到真核生物，C值變化很大。但是基因組及其生物的複雜度與C值之間並不一定線性相關，如變形蟲的C值是人的200倍。這就是所謂的C值悖論。這種差異主要來源於非編碼序列的多少。有人懷疑非編碼序列與基因組的可塑性有關。與此相關的一個問題是基因數目與生物體的複雜性是否有關?這個問題引起了對G(gene)值的討論。已經發現，一些生活史相似的近緣物種基因數不同。例如，支原體病菌中的Mycoplasmapneumonia的基因組中包括的基因數比M．genitalium的多50%。此外，基因數與生物體的複雜性也沒有明顯的相關性。例如，擬南芥和果蠅各自的基因數是25，000和14，000，前者編碼的基因數是後者的近兩倍，但從生物體的複雜性上看，並不能說擬南芥的複雜度是果蠅的兩倍。這種現象就稱為G值悖論。對植物和動物基因的研究提示，動物可能多用選擇性剪下來增加複雜度，而植物則似乎是以基因數目來增加複雜度。但C值和G值悖論還遠未解開，還有待於更多基因組進化的數據。

C值悖論

在基因組結構進化的探討中，基因，特別是基因組重複也是人們關注的一個重要話題。認為，基因和基因組重複是生物進化和複雜性增加的重要原材料。Ohno提出脊椎動物的基因組可能經歷了兩輪重複。有許多研究者在進行基因組是否重複、重複以後如何進化等問題的研究，未來一些年中也將會是一個熱門的研究課題。

基因組時代的到來，也極大地改變了許多傳統進化生物學研究領域的面貌。例如人們將有機會徹底檢驗關於生物進化的中性進化論和選擇論的激烈爭論。中性進化論認為，大多數的變異是中性的。一項對果蠅基因組變異模式的研究表明，基因組中絕大部分的變異只能用選擇理論解釋。更多的研究提示，達爾文意義上的正選擇是普遍存在的。相信未來幾年中針對各種進化力量對基因和基因組的作用的分析仍然會是一個熱門的進化生物學研究方向，並有望結束中性進化論在分子水平的統治地位。

構建生物系統發育的進化樹也是進化生物學中的一個傳統課題。但離重建整個生命之樹的目標還很遙遠。人們提出了雄心勃勃的計畫，利用整個基因組的數據來重構生物的系統發育，並提出了系統發育基因組學(Phvlogenom七s)這一概念。隨著基因組測序技術的不斷改進和成本的不斷降低，相信人們將有希望徹底解決生物界的系統發育問題。

基因序列

基因序列：以起始密碼子開始，終止密碼子結束的一段DNA序列，稱為開放閱讀框（openreadingframe，ORF）

非基因序列：基因序列以外的DNA序列。

編碼序列和非編碼序

編碼序列：編碼RNA和蛋白質的DNA序列。

非編碼序：內含子和基因的間隔序列。

單一序列和重複序列

單一序列：基因組中只有一份的DNA序列。

重複序列：基因組中重複出現的序列。例如，STR，SNP，微衛星DNA等。

尋找思路

功能克隆：克隆（致病）基因的一種策略。收集所要克隆的基因的蛋白質產物及其功能的信息，用以分離基因，並對基因進行定位。

定位克隆：利用遺傳連鎖或細胞學定位技術將致病基因定位於染色體的特定區帶

主要方法：家系調查法、體細胞雜交法、核酸雜交技術

用遺傳標記進行基因定位

形態標記morphologicalmarkers，細胞標記cytologicalmarkers，生化標記biochemicalmarkers，分子標記molecularmarkers分子遺傳標記。

在核酸分子水平，對具有相對差異的等位基因DNA多態性的標記，廣泛存在於高等生物編碼區和非編碼區，又稱為DNA分子標記，是DNA水平上遺傳變異的直接反映。特點：

C值悖論

1、直接以DNA形式表現，在生物體各發育階段,各組織均可檢測到。

2、數量多，遍及整個基因組。

3、多態性高，自然界存在許多等位突變，無需專門創造特殊的遺傳材料

4、中性，不影響目標性狀的表達，與不良性狀無必然連鎖

5、許多分子標記表現為共顯性（codominance）,能夠鑑別出純合基因型與雜合基因型，提供完整的遺傳信息，其C值變化很大。

分子遺傳

RFLPrestrictfragmentlengthpolymorphism限制性片段長度多態性。以DNA酶切片段的長度的不同，形成的多態性。

SSLPsimplesequencelengthpolymorphism簡單序列長度多態性，又稱為VNTRvariablenumbertandemrepeat數目可變的串聯重複多態性，指重複單位相對較小，由重複單位的序列差異和數目變化，可形成豐富的多態性。包括：小衛星序列minisatellite和微衛星序列microsatellite。

小衛星DNA標記minisatellite，核心序列為11－60bp，主要存在於染色體靠近端粒處，由於其拷貝數變化，在不同個體間中存在串聯數目的差異，若在重複序列兩側有限制性內切酶酶切位點，則切下來的片段會呈現出多態性。可用於DNA指紋，DNAFinger。

微衛星DNA標記microsatellite，指以2－7個鹼基為核心串聯重複而成的一類序列（微衛星DNAmicrosatelliteDNA，又稱為STRshorttandemrepeat短串聯重複序列），由於核心序列重複數目的變化而在群體中呈現出遺傳多態性，但在同一家系內具有高度的遺傳保守性，以孟德爾方式遺傳，散布於整個基因組中。

SNPsinglenucleotidepolymorphism單核苷酸多態性，是指在基因組內特定核苷酸位置上存在兩種不同鹼基，其中最少一種在群體中的頻率不小於1%。SNP分為兩種形式：基因編碼區的SNP，稱為cSNP遍布於基因組內的大量單鹼基變異。可見C值的大小並不能完全說明生物進化的程度和遺傳複雜性的高低。

分析特點

（1）SNP數量大，分步密集，平均每1000bp就有一個SNP

（2）SNP比STR擴增更有效，不會產生假帶

（3）由於SNP是二態的，易於自動化批量檢測，易於用計算機分析結果SNP與RFLP和STR等DNA標記的主要不同在於：

不再以“長度”的差異作為檢測手段而是直接以序列的差異作為標記。但SNP單個基因座的多態性很差，只有二態，為此採用多個SNP基因座進行“單倍型”分析十分重要。

AFLPamplifiedfragmentlengthpolymorphism擴增片段長度多態性通過DNAPCR擴增基因組DNA的模板，隨後用電泳將擴增片段分離，通過DNA譜帶鑑別多態性。

隨機擴增多態性用於擴增多態性DNA的引物是隨機的。在做多態性分析時，用一組引物（20－40個）在基因組全序列上掃描可獲得基因組多態性的豐富信息。

SSCPsinglestrandconformationpolymorphism單鏈構象多態性是基於PCR擴增而新發展起來的DNA多態性分析，利用PCR特異的擴增出基因組的目的DNA片段，變性後形成的單鏈DNA在自然條件下能形成一定的空間構象，C值變化很大，並且這種空間構象由DNA鏈的鹼基序列決定，若鹼基發生變化，將在電泳圖譜上表現出不同生物個體的特異性，即多態性。

候選克隆

該方法是定位克隆的進一步發展，將疾病相關基因定位於染色體相關區域，該染色體區域得到若干候選基因

進一步分析得到目的cDNA。

差異表達

原理：比較不同個體或不同細胞來源，即通常所指的樣本(tester，T)和參照(driver，D)的蛋白質或mRNA兩者之間的差異，如缺失或特異表達部分，從而發現新基因消減雜交（subtractivehybrization）。

利用目的基因在兩種組織或細胞中表達的差異，或者在不同發育階段、不同狀態下表達差異，通過其mRNA或單鏈cDNA進行雜交，除去兩者之間相同的基因成分，使表達有差異的基因得到充分富集。它的實質是對兩組基因轉錄本全面比較，去同存異，分離差異表達基因Subtractivecloning。

生物方法

通過序列的ORF預測，建立cDNA文庫，差減雜交得到均質化文庫。

序列測定

生物信息學分析，ORF預測，同源性比較，功能預測生物信息學網頁，NCBI界面，ORF預測軟體：ORFFinder

讀框預測實例，通過EST拼接。例如：已知小鼠某基因在人當中有高度同源序列，用該小鼠cDNA比對人的EST資料庫，得到一簇EST後，將相鄰的EST通過相互重疊部分進行拼接。得到人對應的完整cDNA的序列。