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，水和太陽能來生產(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有發(fā)展出將這些成分本身結(jié)合起來的能力。相反，他們通過從其他生物中偷取它們來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 *”。
葉綠體最初是通過初級內(nèi)共生菌從光合細(xì)菌進(jìn)化而來的，其中細(xì)菌或其他原核生物被真核宿主吞噬。紅色和綠色藻類的葉綠體隨后通過二次內(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。在通過這種機(jī)制獲得光合作用的大多數(shù)生物體中，來自攝入的藻類細(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)性內(nèi)共生的過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際團(tuán)隊(duì)，包括美國能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)，合作對基因組和轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行測序和分析。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)基因組來自兩個(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”，在其他生物中沒有明顯的對應(yīng)物，“他補(bǔ)充說?！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稱為B. natans和G. theta “活化石”，因?yàn)闅埩舻暮诵螒B(tài)。他補(bǔ)充說，藻類與能源部科學(xué)研究組合相關(guān)，因?yàn)樗鼈冊谏锬茉春铜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75%的公眾可用的藻類基因組?！皟?nèi)共生的迭代導(dǎo)致了這些初級生產(chǎn)者的全球多樣性。對這兩種藻類進(jìn)行測序，第一種密碼植物和第一種氯霉素測序，幫助我們填補(bǔ)了真核生命樹的空白，并獲得了更好地了解真核生物進(jìn)化的其他參考資料。“
阿奇博爾德說，“ 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，因此對于從事基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的科學(xué)家來說是一種有用的資源，包括光合作用，亞細(xì)胞販運(yùn)和生物燃料開發(fā)“。
DOE JGI對來自Bigelow Laboratory for Ocean Sciences提供的單細(xì)胞分離物的B. natans(9500萬個(gè)核苷酸或堿基：Mb)和G.theta(87 Mb)的基因組進(jìn)行了測序，作為2007年社區(qū)測序計(jì)劃組合的一部分。此外，轉(zhuǎn)錄組由新墨西哥州國家基因組資源中心單獨(dú)測序。該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果是對為什么仍然存在核形態(tài)的問題的答案。
“兩種生物體中核形態(tài)持續(xù)存在的原因似乎非常簡單：它們不再能夠通過內(nèi)共生基因轉(zhuǎn)移過程將DNA轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞核中，”阿奇博爾德說。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，在隱孢子蟲和氯霉素中，來自吞噬藻類的細(xì)胞核和葉綠體仍然與宿主細(xì)胞分開?！耙虼耍彼a(bǔ)充說，“遺傳和生化鑲嵌現(xiàn)象在G. theta和B. natans中猖獗?！?/span>
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，這種水平“大大超過了模式植物擬南芥中的水平，與人類大腦皮層相當(dāng)，對于單細(xì)胞生物來說，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。“
“葉綠體的進(jìn)化，植物和藻類細(xì)胞的光合作用區(qū)域，是復(fù)雜的，但對我們的星球產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，”英國劍橋大學(xué)植物與微生物生物化學(xué)教授Chris Howe說。“本文為我們提供了關(guān)于宿主和核形態(tài)基因組在進(jìn)化過程中如何被重塑的有趣見解。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，有來自其核中許多不同來源的基因的證據(jù)?？傮w而言，它為細(xì)胞共生和基因組重塑的基本過程提供了重要的見解，這些過程產(chǎn)生了我們今天看到的一些最重要的生物體。“
