这种新发现的光合作用动物的基因组被破译了

【字体: 时间:2021年07月19日 来源:eLife

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  美国国家基础生物学研究所(NIBB)的一组研究人员,以及来自其他7个日本机构的合作者,在eLife上发表了这种海蛞蝓——黑型Plakobranchus ocellatus——的基因组。

  

 

   

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图:光合作用的海蛞蝓(左图)和电子显微照片显示了海蛞蝓细胞内隔离的藻类叶绿体(右图)。


植物、藻类和一些细菌能够进行光合作用,这是将太阳能转化为糖的过程。动物通常不能利用这个过程来获取能量,但也有一些已知的例外。

前几年科学家们发现了一种“太阳能海蛞蝓”,它能够窃取所吞食海藻的基因,实现植物的光合作用,制造维持生存的能量。

这些海蛞蝓从藻类中摄取叶绿体,并将其吸收到细胞中。这些叶绿体在动物细胞内保持其进行光合活动的能力长达数月,从而为它们提供光合作用产生的营养。这一过程被称为“盗食质体(kleptoplasty)”,由于其50多年来在使动物进行光合作用方面惊人的独特性,引起了人们的广泛关注。

一个紧迫的问题是,在没有海藻核的情况下,这些隔离的叶绿体如何保持它们的光合能力。由于藻核的基因组编码了光合作用所需的大部分蛋白质,从藻细胞中分离出来的叶绿体立即失去了它们的光合能力。尽管如此,以藻类为食的海蛞蝓仍能保持这种光合能力数月之久。关于kleptoplasty长期保持光合能力的现象,存在着许多争论。一个被广泛接受的假说是光合作用基因从藻类向海蛞蝓的水平转移。

美国国家基础生物学研究所(NIBB)的一组研究人员,以及来自其他7个日本机构的合作者,在eLife上发表了这种海蛞蝓——囊舌目(Sacoglossa)的黑型Plakobranchus ocellatus——的基因组。“由于海蛞蝓是一种非模式生物,它的基因组分析与老鼠和果蝇等模式生物相比非常困难。此外,没有高质量的遗传信息。这一情况阻碍了藻类来源的水平基因转移假说的验证,”该论文的通讯作者、NIBB的基因组科学家、教授Shigenobu Shuji说。“但我们成功地准确揭示了海蛞蝓的基因组信息。”根据最新公布的基因组数据,科学家们已经准备好解决有关藻类基因水平转移到动物细胞核的争论。他说:“我们非常仔细地研究了基因组,但我们没有发现海蛞蝓基因组编码光合基因的证据。”

该论文的第一作者和共同通讯作者Taro Maeda说:“我们面临着一个新的挑战,来回答这个问题:海蛞蝓如何在不进行水平基因转移的情况下保持这种功能?我们的基因组数据也为此提供了线索。我们已经发现了几个与光合活性的长期维持有关的候选基因。这些与蛋白质代谢、氧化应激耐受性和先天免疫相关的基因应该在未来的研究中得到强调。”

kleptoplasty的机制仍不清楚。对这一现象的进一步了解可能会引领我们创新的生物技术,例如,未来可能赋予其他各种动物细胞光合能力。

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原文检索:Chloroplast acquisition without the gene transfer in kleptoplastic sea slugs, Plakobranchus ocellatus. Taro Maeda, Shunichi Takahashi, Takao Yoshida, Shigeru Shimamura, Yoshihiro Takaki, Yukiko Nagai, Atsushi Toyoda, Yutaka Suzuki, Asuka Arimoto, Hisaki Ishii, Nori Satoh, Tomoaki Nishiyama, Mitsuyasu Hasebe, Tadashi Maruyama, Jun Minagawa, Junichi Obokata, Shuji Shigenobu


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