惊人发现:没有线粒体的真核生物!

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2016年5月13日 来源:生物通

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  线粒体是细胞内的膜结合组件,常常被描述为细胞的“动力室”。它们一直被认为是真核生物中生命必不可少的组件,不出意外,每一个已知的真核生物都有线粒体。但是,5月12日在《Current Biology》发表的一项研究,对这一观点提出了挑战。他们发现了一种真核生物,这种生物根本没有包含有线粒体的踪迹。

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生物通报道:线粒体是细胞内的膜结合组件,常常被描述为细胞的“动力室”。它们一直被认为是真核生物中生命必不可少的组件,这些真核生物包括植物、真菌、动物和单细胞原生生物,不出意外,每一个已知的真核生物都有线粒体。但是,5月12日在《Current Biology》发表的一项研究,对这一观点提出了挑战。他们发现了一种真核生物,这种生物根本没有包含有线粒体的踪迹。

捷克布拉格查尔斯大学前博士后、现就职于加拿大英属哥伦比亚大学的Anna Karnkowska指出:“在低氧环境中,真核生物通常具有一种简化形式的线粒体,但是据认为,一些线粒体的功能非常至关重要,因此这些细胞器对于生命是不可或缺的。在这里,我们描述了一种真核微生物,它们确实根本不具备线粒体。”

来自类单鞭滴虫属(Monocercomonoides)的生物,已经被识别了80多年。它们与人类病原体鞭毛虫和毛滴虫相关,所有这些都属于一个称为后滴门(Metamonada)的组群,它们只生活在低氧环境中。

在这项新的研究中,Karnkowska和布拉格查尔斯大学的Vladimir Hampl,连同来自捷克共和国和加拿大的同事一起,对Monocercomonoides基因组进行了测序。他们惊奇地发现,这种生物缺乏所有的线粒体蛋白质。

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Monocercomonoides似乎已经没有线粒体,由于它们从细菌获得了一种细胞溶质硫动员系统(SUF),似乎是必不可少的线粒体功能的替代品。通过一系列事件独一无二的结合,包括许多线粒体功能的丧失,和从原核生物获得这种基本机械。这种生物进化而超越了生物学家划定的已知界限。”

几十年来,研究人员一直在寻找缺乏线粒体的生物。随着岁月的流逝,一种真正缺乏线粒体的真核生物,似乎将永远不会被发现。然而,现在,Karnkowska、Hampl和他们的同事说,可能会有这样的真核生物。

Karnkowska说:“这种神奇的生物,就是一个引人注目的细胞例子,其没有遵守标准的细胞生物学教科书,我们相信,到目前为止,微生物真核生物世界——原生生物中隐藏的多样性,可能有更多相似的例子。”

研究人员说,他们现在想了解这些生物如何运作的更多信息。他们也想更好的描述Monocercomonoides及其近缘种,以在一个更广泛的进化背景中理解他们的这一发现。

本文资深作者Vladimir Hampl说:“很可能是,称为oxymonads的整个组群,都缺乏线粒体。我们想要知道,线粒体缺失是在多久以前开始的。”

关于线粒体的进化,研究人员已经取得了一系列的研究进展。在2014年10月,弗吉尼亚大学研究人员开展的一项最新研究,使用新一代DNA测序技术,解码了18种线粒体近缘细菌的基因组,表明寄生菌是给细胞供给能量的线粒体的第一代表亲,在它们变成有益之前,首先充当这些细胞中的能量寄生虫。相关研究发表在《PLOS One》杂志(相关阅读:华人学者颠覆当前的线粒体起源理论)。

线粒体为什么保留自身基因组?对于这一现象,一项国际合作研究产生了一个有趣的假说:线粒体基因组编码疏水膜蛋白,如果它是在细胞核中编码,就会被信号识别颗粒(SRP)过滤,并被错误地引入内质网中。研究人员进行了一项研究,来探索他们的假设,并将其研究结果发表在2015年7月份的《PNAS》。(相关阅读:PNAS:为什么线粒体保留自身基因组?

真核细胞已经产生了地球上最复杂的生命形式,包括多细胞生物,如动物、植物或真菌。这种复杂性的一个关键因素,可以存在于线粒体。今年2月3日在国际著名期刊《Nature》发表的一项研究中,西班牙基因组调控中心(CRG)的研究人员Toni Gabaldón和Alexandros Pitis,揭示了生命进化过程中一个最重要的里程碑:细胞何时获得了线粒体。(相关阅读:Nature揭示生命进化最重要的里程碑

线粒体看上去像细菌,这外观并非伪装:它们从前是自由生活的细菌,后来大约在20亿年前适应了寄生在大细胞里的生活。它们还保留了基因组的一个碎片,作为曾经独立存在的印记。由于被我们常见的单细胞祖先消耗,这个“能源动力室”细胞器已经失去了其2000个以上的基因。仍然有少数基因留了下来,这取决于有机体,但问题是:为什么。今年2月份,分析进化过程中线粒体基因缺失的数学家和生物学家称,一种解释是,线粒体DNA对于细胞核内的编码太重要了,因此逐渐进化为可抵御线粒体内的有害环境。相关研究结果发表在《Cell Systems》杂志。(相关阅读:为什么我们仍保留线粒体DNA?

生物通:王英)

生物通推荐原文:
Current Biology, Karnkowska et al.: "A Eukaryote without a Mitochondrial Organelle" http://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(16)30263-9

 

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