兒童學(xué)習(xí)的第一個(gè)化學(xué)反應(yīng)之一是光合作用的配方，結(jié)合二氧化碳，水和太陽(yáng)能來(lái)生產(chǎn)有機(jī)化合物。許多世界上最重要的光合真核生物如植物都沒(méi)有發(fā)展出將這些成分本身結(jié)合起來(lái)的能力。相反，他們通過(guò)從其他生物中偷取它們來(lái)間接地獲得它們的光線照射細(xì)胞器 – 葉綠體。在某些情況下，這導(dǎo)致藻類(lèi)具有多個(gè)不同的基因組，其演化等同于“turducken *”。
葉綠體最初是通過(guò)初級(jí)內(nèi)共生菌從光合細(xì)菌進(jìn)化而來(lái)的，其中細(xì)菌或其他原核生物被真核宿主吞噬。紅色和綠色藻類(lèi)的葉綠體隨后通過(guò)二次內(nèi)共生而存在于其他先前非光合作用的真核生物中。這些事件促成了光合生物的全球多樣性，這些生物在調(diào)節(jié)和維持全球碳循環(huán)中起著至關(guān)重要的作用。在通過(guò)這種機(jī)制獲得光合作用的大多數(shù)生物體中，來(lái)自攝入的藻類(lèi)細(xì)胞的細(xì)胞核消失了，但在某些情況下它仍然作為殘留的細(xì)胞器被稱(chēng)為核形態(tài)。這些生物有四種不同的基因組。
為了更好地了解繼發(fā)性?xún)?nèi)共生的過(guò)程以及為什么核形態(tài)在某些生物中存在，由27個(gè)機(jī)構(gòu)的73名研究人員組成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，包括美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)，合作對(duì)基因組和轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行測(cè)序和分析。兩種微藻的表達(dá)基因。由加拿大達(dá)爾豪西大學(xué)的約翰·阿奇博爾德領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)表了關(guān)于藻類(lèi)他們的發(fā)現(xiàn)Bigelowellia葉萍和Guillardia THETA領(lǐng)先的在線2012年11月29日，在自然。
Archibald將這些藻類(lèi)與俄羅斯嵌套娃娃進(jìn)行了比較，其中包括“復(fù)雜的亞細(xì)胞蛋白質(zhì)靶向機(jī)制”和四個(gè)基因組，這兩個(gè)基因組來(lái)自?xún)蓚€(gè)隨時(shí)間推移合并的真核生物。兩個(gè)基因組中大約50%的基因是“獨(dú)特的”，在其他生物中沒(méi)有明顯的對(duì)應(yīng)物，“他補(bǔ)充說(shuō)?！斑@表明它們與特征物種有多么不同?！?/span>
DOE JGI真菌基因組計(jì)劃負(fù)責(zé)人Igor Grigoriev稱(chēng)為B. natans和G. theta “活化石”，因?yàn)闅埩舻暮诵螒B(tài)。他補(bǔ)充說(shuō)，藻類(lèi)與能源部科學(xué)研究組合相關(guān)，因?yàn)樗鼈冊(cè)谏锬茉春铜h(huán)境領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，并指出DOE JGI已經(jīng)發(fā)布了超過(guò)75%的公眾可用的藻類(lèi)基因組?！皟?nèi)共生的迭代導(dǎo)致了這些初級(jí)生產(chǎn)者的全球多樣性。對(duì)這兩種藻類(lèi)進(jìn)行測(cè)序，第一種密碼植物和第一種氯霉素測(cè)序，幫助我們填補(bǔ)了真核生命樹(shù)的空白，并獲得了更好地了解真核生物進(jìn)化的其他參考資料?！?/span>
阿奇博爾德說(shuō)，“ G. theta和B. natans都擁有一套涉及碳代謝的令人驚訝的復(fù)雜酶，因此對(duì)于從事基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的科學(xué)家來(lái)說(shuō)是一種有用的資源，包括光合作用，亞細(xì)胞販運(yùn)和生物燃料開(kāi)發(fā)“。
DOE JGI對(duì)來(lái)自Bigelow Laboratory for Ocean Sciences提供的單細(xì)胞分離物的B. natans(9500萬(wàn)個(gè)核苷酸或堿基：Mb)和G.theta(87 Mb)的基因組進(jìn)行了測(cè)序，作為2007年社區(qū)測(cè)序計(jì)劃組合的一部分。此外，轉(zhuǎn)錄組由新墨西哥州國(guó)家基因組資源中心單獨(dú)測(cè)序。該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果是對(duì)為什么仍然存在核形態(tài)的問(wèn)題的答案。
“兩種生物體中核形態(tài)持續(xù)存在的原因似乎非常簡(jiǎn)單：它們不再能夠通過(guò)內(nèi)共生基因轉(zhuǎn)移過(guò)程將DNA轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞核中，”阿奇博爾德說(shuō)。與大多數(shù)其他二次光合真核生物不同，其中內(nèi)共生體的遺傳物質(zhì)完全遷移到宿主，在隱孢子蟲(chóng)和氯霉素中，來(lái)自吞噬藻類(lèi)的細(xì)胞核和葉綠體仍然與宿主細(xì)胞分開(kāi)?！耙虼?，”他補(bǔ)充說(shuō)，“遺傳和生化鑲嵌現(xiàn)象在G. theta和B. natans中猖獗。”
兩位研究人員都強(qiáng)調(diào)了B. natans中可選剪接的意外發(fā)現(xiàn)。格里戈里耶夫指出，這種現(xiàn)象是高等真核生物的典型現(xiàn)象，阿奇博爾德補(bǔ)充說(shuō)，這種水平“大大超過(guò)了模式植物擬南芥中的水平，與人類(lèi)大腦皮層相當(dāng)，對(duì)于單細(xì)胞生物來(lái)說(shuō)，前所未有，真正顯著。這挑戰(zhàn)了復(fù)雜的選擇性剪接是一種僅限于復(fù)雜的多細(xì)胞生物的現(xiàn)象?！?/span>
“葉綠體的進(jìn)化，植物和藻類(lèi)細(xì)胞的光合作用區(qū)域，是復(fù)雜的，但對(duì)我們的星球產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，”英國(guó)劍橋大學(xué)植物與微生物生物化學(xué)教授Chris Howe說(shuō)?！氨疚臑槲覀兲峁┝岁P(guān)于宿主和核形態(tài)基因組在進(jìn)化過(guò)程中如何被重塑的有趣見(jiàn)解。除了提供關(guān)于這些生物的一般生物學(xué)信息的金礦之外，本文還向我們展示了核形態(tài)基因組可能僅僅因?yàn)榛蛳蚣?xì)胞核轉(zhuǎn)移的機(jī)制被封閉而不是因?yàn)楸仨毐Ａ袅撕诵螒B(tài)。作為單獨(dú)的實(shí)體。該論文還向我們展示了含有核形態(tài)的生物的進(jìn)化歷史比我們想象的更復(fù)雜，有來(lái)自其核中許多不同來(lái)源的基因的證據(jù)?？傮w而言，它為細(xì)胞共生和基因組重塑的基本過(guò)程提供了重要的見(jiàn)解，這些過(guò)程產(chǎn)生了我們今天看到的一些最重要的生物體?！?/span>
