兒童學(xué)習(xí)的第一個化學(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胞器 – 葉綠體。在某些情況下，這導(dǎo)致藻類具有多個不同的基因組，其演化等同于“turducken *”。
葉綠體最初是通過初級內(nèi)共生菌從光合細菌進化而來的，其中細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。在通過這種機制獲得光合作用的大多數(shù)生物體中，來自攝入的藻類細胞的細胞核消失了，但在某些情況下它仍然作為殘留的細胞器被稱為核形態(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個機構(gòu)的73名研究人員組成的國際團隊，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)錄組進行測序和分析。兩種微藻的表達基因。由加拿大達爾豪西大學(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行了比較，其中包括“復(fù)雜的亞細胞蛋白質(zhì)靶向機制”和四個基因組，這兩個基因組來自兩個隨時間推移合并的真核生物。兩個基因組中大約50%的基因是“獨特的”，在其他生物中沒有明顯的對應(yīng)物，“他補充說?！斑@表明它們與特征物種有多么不同?！?/span>
DOE JGI真菌基因組計劃負責(zé)人Igor Grigoriev稱為B. natans和G. theta “活化石”，因為殘留的核形態(tài)。他補充說，藻類與能源部科學(xué)研究組合相關(guān)，因為它們在生物能源和環(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，幫助我們填補了真核生命樹的空白，并獲得了更好地了解真核生物進化的其他參考資料?！?/span>
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，亞細胞販運和生物燃料開發(fā)“。
DOE JGI對來自Bigelow Laboratory for Ocean Sciences提供的單細胞分離物的B. natans(9500萬個核苷酸或堿基：Mb)和G.theta(87 Mb)的基因組進行了測序，作為2007年社區(qū)測序計劃組合的一部分。此外，轉(zhuǎn)錄組由新墨西哥州國家基因組資源中心單獨測序。該團隊的研究結(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，來自吞噬藻類的細胞核和葉綠體仍然與宿主細胞分開?！耙虼?，”他補充說，“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，對于單細胞生物來說，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)雜的多細胞生物的現(xiàn)象?！?/span>
“葉綠體的進化，植物和藻類細胞的光合作用區(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?！氨疚臑槲覀兲峁┝岁P(guān)于宿主和核形態(tài)基因組在進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)基因組可能僅僅因為基因向細胞核轉(zhuǎn)移的機制被封閉而不是因為必須保留了核形態(tài)。作為單獨的實體。該論文還向我們展示了含有核形態(tài)的生物的進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?！?/span>
