利用阳光获取能量:光合动物基因组的解码

光合作用海蛞蝓,黑斑鳃纲

光合海slug,Plakobranchus Ocellatus.键入黑色,(左)和电子显微照片,在海块单元(右)内显​​示隔离藻叶绿体。信贷:芋头玛德

基因组分析表明,光合作用的海蛞蝓在没有基因转移的情况下获得叶绿体。

植物、藻类和一些细菌能够进行光合作用,这是将阳光转化为糖的过程。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。有些海蛞蝓从海藻中吸收叶绿体,并将其消耗到细胞中。这些叶绿体在动物细胞内维持其进行光合作用的能力达数月之久,从而为它们提供光合作用产生的营养。这一过程被称为“盗窃成形术”,由于其惊人的独特性,使动物进行光合作用已经超过50年,因此备受关注。

一个紧迫的问题是,在没有藻核的情况下,这些被隔离的叶绿体如何保持它们的光合能力。由于藻类细胞核的基因组编码了光合作用所需的大部分蛋白质,从藻类细胞中分离出来的叶绿体立即失去了它们的光合作用能力。然而,以藻类为食的海蛞蝓能保持这种光合作用数月。关于被隔离的叶绿体长期保持光合能力的现象背后的机制有许多争论。一个被广泛接受的关于盗窃成形术的假设是光合作用基因从藻类水平转移到海蛞蝓。

美国国家基础生物学研究所(NIBB)的一个研究小组,以及来自其他7个日本机构的合作者,已经公布了一种海蛞蝓的基因组,yabo124黑斑鳃原鳄(Plakobranchus ocellatus type black)el.“由于海幕是非模型生物,其基因组分析与模型生物(如小鼠和果蝇)相比非常艰难。此外,他们没有高质量的遗传信息。这种情况因此阻碍了藻类衍生水平转移假设的核查,“南北人类科学家和尼布教授是本文的相应作者,”但我们成功地准确揭示了这些基因组信息海蛞蝓”。科学家准备根据新揭幕的基因组数据,解决了关于藻类基因水平转移到动物核的争论的争论。“我们非常仔细地看了那个基因组,但我们发现没有发现在海底Slug Genome上编码的光合基因的证据,”他说。

“我们正在努力回答问题的新挑战:海块在没有水平基因转移的情况下如何保留这种功能?”塔罗玛德说,这篇论文的第一个和与交联作者。“我们的基因组数据也为此提供了线索。我们已经发现了几种与长期维持光合活动的候选基因。这些基因与蛋白质代谢,氧化应激耐受性和先天免疫有关,应在未来的研究中突出。“

窃上睑成形术的机制尚不清楚。对这一现象的进一步了解可能会引导我们开发创新的生物技术,例如,在未来赋予其他各种动物细胞进行光合作用的能力。

参考:作者:前田太郎,高桥俊一,吉田隆雄,岛村茂,高木吉宏,永井幸子,丰田atsushi,铃木丰隆,Arimoto Asuka,石井久崎,佐藤,西山友明,Hasebe Mitsuyasu, Maruyama Tadashi, Jun Minagawa小保方纯一和重信修二,2021年4月27日,el
DOI: 10.7554 / eLife.60176

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