AT碱基含量高的生物和GC含量高的生物在生理上有什么差异？ 第1页

GC 碱基对含量高的生物可能比 AT 碱基对含量高的生物更耐热。

• GC 碱基对由三个氢键连接， AT 碱基对由两个氢键连接，GC 碱基对较为耐热、耐碱。
• 历史上有学者推测氢键数量的差异是生物体耐热能力差异的主要原因，但 2001 年这被实验否定。一些 GC 碱基对含量高的细菌对热反而更脆弱。
• 环外基团的相对位置让 GC 碱基对的堆积力超过 AT 碱基对的堆积力^[1]，这比氢键提供了更多的稳定性。碱基排列顺序的差异亦可影响 DNA 的热稳定性。

GC 碱基对含量高的生物比 AT 碱基对含量高的生物需要更多的氮。在缺乏可利用氮的环境里生存的生物可以被动地精简基因组并多用 AT 碱基对来节约氮，例如遍在远洋杆菌基因组约 70.3% 是 AT 碱基对。

DNA 修复的偏差青睐 GC 碱基对，尤其是在高度重组的区域^[2]，这使寿命更短、成年体重更轻、传代更迅速、每条染色体更短的生物的基因组有 GC 碱基对含量较快上升的趋势，尤其是在较短的染色体中（在鸡的基因组中特别明显^[3]）。哺乳类基因组的 GC 含量与寿命、体重、生活史的关系可以看看文献^[4]。

AT 含量高的生物的蛋白质编码基因序列平均而言比 GC 含量高的生物短，这是因为终止密码子（TAG、TAA、TGA）的高 AT 含量。

参考

1. ^ 碱基堆积力，在 DNA 双螺旋结构中，碱基对平面垂直于中心轴、层叠于双螺旋的内侧，相邻疏水性碱基在旋进中彼此堆积在一起、相互吸引形成的作用力。维持 DNA 双螺旋结构稳定的力主要是碱基堆积力。
2. ^ Galtier N, Piganeau G, Mouchiroud D, Duret L. GC-content evolution in mammalian genomes: the biased gene conversion hypothesis. Genetics. 2001 Oct;159(2):907-11. doi: 10.1093/genetics/159.2.907. PMID: 11693127; PMCID: PMC1461818.
3. ^ International Chicken Genome Sequencing Consortium. Sequence and comparative analysis of the chicken genome provide unique perspectives on vertebrate evolution. Nature 432, 695–716 (2004). https://doi.org/10.1038/nature03154
4. ^ Romiguier J, Ranwez V, Douzery EJ, Galtier N. Contrasting GC-content dynamics across 33 mammalian genomes: relationship with life-history traits and chromosome sizes. Genome Res. 2010 Aug;20(8):1001-9. doi: 10.1101/gr.104372.109. Epub 2010 Jun 7. PMID: 20530252; PMCID: PMC2909565.