Genomgröße

Die Genomgröße bezeichnet die Gesamtmenge an DNA in einer Kopie des Genoms.

Genomgrößen verschiedener Lebewesen (in Basenpaaren)

Eigenschaften

Abstammungsbaum mit Genomgrößen

Genomgrößen und Genanzahl^[1]

Die Genomgröße wird entweder in Picogramm, Dalton oder in Kilo- (kb) bzw. Megabasenpaaren (Mbp) angegeben. Ein Picogramm entspricht 978 Megabasenpaaren.^[2] Bei diploiden Genomen entspricht die Genomgröße konventionsgemäß dem C-Wert, d. h., es wird haploid betrachtet.^[3]

Das C-Wert-Paradoxon beschreibt den fehlenden linearen Zusammenhang zwischen DNA-Menge und der Komplexität eines Lebewesens bei Eukaryoten, der sich aus einer variierender Menge nichtcodierender DNA ergibt. Es gibt eine gewisse lineare Korrelation bei Bakterien, Archaeen, Viren und Organellen, nicht aber bei Eukaryoten.^[4] Weiterhin gibt es eine gewisse Korrelation mit der Zellgröße, der Zellteilungsrate, und innerhalb einzelner Taxa auch weitere Parameter.^[5][6] Daneben gibt es einen Zusammenhang zwischen der Genomgröße und der Chromatinkondensation.^[7] Weitere Parameter zur Beschreibung eines Genoms sind die Gendichte und der GC-Anteil. Während bei der Entwicklung des Lebens eine generelle Tendenz zur Zunahme der Genomgröße mit der Zeit auftritt, sind die Reiche unter den Tieren mit den größten Genomen die Fische mit den Lungenfischen (142 pg, entsprechend 139.000 MB) und die Amphibien mit den Salamandern (83 pg, entsprechend 81.000 MB),^[8]

Die Genomgröße in Tieren variiert um den Faktor 3.300 und bei Pflanzen um den Faktor 2.300.^[9][6]

Genom (alle Werte sind Circa-Werte)

Art	Größe (Mbp)	Anzahl	Dichte (Gene/Mbp)	Anmerkungen
Porcines Circovirus-1[10]	0,001759	2	1.137	kleinstes Genom eines autonom replizierenden Virus.
Carsonella ruddii[11]	0,16	182	1.138	kleinstes Genom eines Lebewesens, endosymbiontisches Bakterium
Nanoarchaeum equitans[12]	0,49	536	914	Archaee, parasitär
Mycoplasma genitalium[13]	0,58	800	860	Bakterium
Streptococcus pneumoniae[13]	2,2	2.300	1.060	Bakterium
Escherichia coli K12[13]	4,6	4.400	950	Bakterium
Saccharomyces cerevisiae[14]	12,05	6.213	516	Hefe, erster Pilz, dessen Genom 1996 vollständig sequenziert wurde
Schizosaccharomyces pombe[13]	12	4.900	410	Hefe
Plasmodium falciparum[14]	22,85	5.268	231	Erreger der Malaria
Entamoeba histolytica[14]	23,75	9.938	418	Amöbe
Trypanosoma spp.[14]	39,2	10.000	255	Flagellat
Tetrahymena thermophilus[13]	125	27.000	220	Protist
Aspergillus nidulans[14]	30,07	9.541	317	Schimmelpilz
Neurospora crassa[14]	38,64	10.082	261	Schimmelpilz
Caenorhabditis elegans[13]	103	20.000	190	Fadenwurm
Drosophila melanogaster[13]	180	14.700	82	Taufliege
Locusta migratoria[13]	5.000			Heuschrecke
Takifugu rubripes[13]	393	22.000	56	Kugelfisch
Bankivahuhn Gallus gallus[14]	1.050	21.500	20,5	Huhn
Homo sapiens[13]	3.200	20.000	6,25	Mensch
Mus musculus[13]	2.600	22.000	8,5	Hausmaus
Arabidopsis thaliana[13]	120	26.500	220	Pflanze
Oryza sativa[14]	466	60.256	129	Reis
Zea mays[13]	2.200	45.000	20	Mais
Picea glauca[15]	20.800	56.064	2,7	Fichte
Lepidosiren paradoxa[7]	78.400			Lungenfisch
Protopterus aethiopicus[16]	139.000			größtes tierisches Genom, Lungenfisch
Paris japonica[17]	150.000			größtes Blütenpflanzengenom, Einbeere
Tmesipteris oblanceolata[18]	160.450			größtes Eukaryotengenom, Stand 04.06.2024

Die Genomgröße wird an einer Zellkultur mit anschließender Feulgenreaktion unter einem Lichtmikroskop betrachtet und per Software ausgezählt^[19] oder per Durchflusszytometrie bestimmt.

Für kleine Genome (DNA-Viren, Einzeller) wurde im Jahr 1991 von John W. Drake ein reziproker Zusammenhang zwischen der Mutationsrate und der Genomgröße postuliert.^[20] Bei RNA-Viren ist die tendenziell noch kleinere Genomgröße ein Kompromiss zwischen der Mutationsrate und der Anzahl an Genen (Eigen-Paradoxon).^[21] Die RNA-Polymerasen von RNA-Viren besitzen keine Fehlerkorrekturfunktion (kein proof-reading), wodurch die Genomgröße begrenzt wird. Eine Ausnahme bilden die Nidovirales, die eine proof-reading-Funktion mit der Exoribonuklease ExoN aufweisen, wodurch die Genomgröße weniger begrenzt wird.^[22]

Umrechnung

${\displaystyle {\text{bp}}={\text{pg}}\times 9,78\times 10^{8}}$

oder umgestellt:

${\displaystyle 1{\text{pg}}=978{\text{Mbp}}}$^[2]

Weblinks

• Datenbank tierischer Genomgrößen
• Datenbank pflanzlicher C-Werte
• Datenbank zu Genomgrößen von Pilzen