原綠球藻—將最強「個性」進行到底,海洋細菌通過未知方式合成多種...

2020-11-25 中國生物技術信息網

原綠球藻（Prochlorococcus）是一種可以進行光合作用的海洋藍細菌生物。它體積微小，種類單一而又分布廣泛，怎麼看來都缺少主角光環，但最近發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS，Proceedings of the National Academy of Science）的研究卻告訴我們這種生物並不簡單。

圖 研究發現不同的原綠球藻可以產生二十餘種不同的多肽

相比大多數細菌最多產生一到兩種羊毛硫酸類多肽，單一原綠球藻居然可以同時產生二十多種不同的多肽。儘管分布的地域不同，但地球上所有的原綠球藻都是屬於同一種，不同海域中的原綠球藻都可以產生特有的羊毛硫氨酸類多肽。

「在此之前自然界中分子多樣性的真實性並沒有被印證，直到這項研究結果的出爐。」研究者之一的Cubillos-Ruiz說到。

經典的遺傳譜系規則認為變化都是緩慢積累來的，只有這樣才能避免突發破壞性的變化而導致功能的損害。

顯然，原綠球藻是個例外：編碼羊毛硫肽的基因由兩個結構域尾尾相連組成，其中一個在所有的種群和譜系具有高度保守性，然而「另一半卻表現出驚人的多變性」，這意味著同個基因的兩個部分經歷了完全不同的進化途徑，這顯然並不常見。

原綠球藻通過「特殊」的代謝產物表現出了一種「迷人的進化模式」， Cubillos-Ruiz說。儘管通常進化會傾向於從祖先向後代傳遞時保留絕大多數遺傳結構，「但是在這些物種中，自然篩選似乎是向著能夠產生多而不同的羊毛硫肽的方向進行。因此這種天生的多樣性就好像是它們功能的一部分，但我們現在還不知道這種功能的目的與意義。」

也許它不得不產生對抗病毒的保護機制，又或是它們與其他細菌的交流的紐帶。

事實上，對多肽分子多樣性的研究最早可以追溯到2010年，當時分別來自van der Donk’s 和Chisholm實驗室的Bo Li 和Daniel Sher發現一種原綠球藻竟然可以產生29種不同的羊毛硫肽。但是，當Cubillos-Ruiz觀察了同一物種的不同種群後，驚喜出現了，來自不同地區的種群同樣可以產生大量的肽，「但是它們產生的種類卻完全不一樣」他說。

儘管並沒有參與課題的研究，來自於猶他大學藥用化學家Eric Schmidt教授仍舊認為「他們的工作相當出色」，他認為作者揭示了自然界中增強化合物多樣性的方法，這項研究超群之處在於，他們在自然界而非實驗室中檢測到了這種進化是如何發生的。在廣袤的開放海域中，這個項目工程浩大，結果喜人。

「原綠球藻在試圖告訴我們一些事情，但是目前我們還不知道這究竟是什麼，」 來自麻省理工學院的Chishol說到，「Cubillos-Ruiz並沒有介紹清楚這些多肽分子多樣性的進化機制。如此微小的生物體，擁有一個如此之小的基因組，然而卻貢獻出如此之大的遺傳潛力用來生產這些多肽分子的，毫無疑問這些分子在原綠球藻的生命活動中扮演者至關重要的角色。」

而羊毛硫肽究竟扮演著什麼角色？這個問題還尚未有定論。

事實上，這種過程未必是原綠球藻特有的。也許只是因為Chisholm和她的團隊選擇原綠球藻作為研究對象。「這個現象也許在其他的細菌中也有發生，」 Cubillos-Ruiz說，「很多的線索暗示這種過程也發生在其他的生物系統中。」

相關焦點

  • 將最強「個性」進行到底,海洋細菌通過未知方式合成多種多肽
    原綠球藻（Prochlorococcus）是一種可以進行光合作用的海洋藍細菌生物。圖 研究發現不同的原綠球藻可以產生二十餘種不同的多肽相比大多數細菌最多產生一到兩種羊毛硫酸類多肽，單一原綠球藻居然可以同時產生二十多種不同的多肽。儘管分布的地域不同，但地球上所有的原綠球藻都是屬於同一種，不同海域中的原綠球藻都可以產生特有的羊毛硫氨酸類多肽。「在此之前自然界中分子多樣性的真實性並沒有被印證，直到這項研究結果的出爐。」
  • 不只影響海洋動物 塑料垃圾還會危害重要的造氧球藻
    談到海洋塑料汙染，最震撼的莫過於海龜鼻孔中插著塑料吸管。然而，英國獨立報報導，科學家最新發現，塑料汙染還會傷害海洋中重要的造氧藍綠菌——原綠球藻（Prochlorococcus）。塑料垃圾。圖片來源：Kevin Krejci（CC BY 2.0）原綠球藻是海洋中最豐富的光合藍綠菌，全球原綠球藻的數量約有1000的16次方。它製造地球上10%的氧氣，也是海洋食物網的關鍵成員，而塑料釋出的化學物質會干擾原綠球藻的生長。「研究結果揭示了塑料汙染意想不到的危險，」研究作者之一、麥格理大學學者摩爾（Lisa Moore）說。
  • 永鏷生技微細綠球藻:自然排毒 癌症康復或有希望
    經數據統計，針對癌症，總體來講，1/3的癌症可以預防，1/3的癌症可以治癒，1/3的癌症可以延緩生命，癌症的預防在於良好的生活方式。癌字有3個「口」字組成，一個是吃的有毒素、一個是喝的有毒素、一個是呼吸的有毒素，最後毒素堆積如山，成了癌症。所以，尋找清除毒素的物質，成為當務之急，微綠球藻進入人們的視線。
  • 微擬球藻設計與合成資料庫建立—新聞—科學網
    作為一種模式工業產油微藻，微擬球藻不僅在藻類養殖產業中有廣泛應用，而且已經成為一個備受重視的藻類系統生物學與合成生物學研究體系。 為促進全球微擬球藻研究群體的資源共享和通力合作，加速工業產油微藻合成生物學和分子育種技術的進展，中科院青島生物能源與過程研究所單細胞中心聯合中外14個實驗室組成國際聯合團隊，發布了「微擬球藻設計與合成資料庫」（NanDeSyn：http://www.nandesyn.org），該工作近日發表於《植物學期刊》
  • 微生物:海洋中數量最多的生物
    1毫升的海水裡大概有100萬個微生物，其中包括了一些微型藻類、真菌、細菌、古菌、病毒等。微生物中最大的是原生動物，別看它們是有著細胞核的單細胞生物，卻和我們人類一樣，都屬於真核生物。單細胞的藻類都是真核生物，比它們還小的是沒有細胞核的原核生物。它們是海洋裡的生產者，為魚類等消費者提供有機質。其中最小的原綠球藻不到1微米，卻是世界上最小的自養生物。
  • 海洋中的塑料汙染減少製造氧氣的生物數量
    一個國際研究小組最近在《通訊生物學》(Communications Biology)上發表了一項研究，研究塑料汙染對一種名為原綠球藻的細菌的影響。這些生物體非常重要，因為它們能夠進行光合作用。它們是地球上最豐富的光合生物。海洋中有如此多的氧氣，約為3萬億分之一，它們產生了地球上10%的氧氣。
  • 微擬球藻合成生物學發展前景
    微擬球藻（Nannochloropsis）生長迅速，三醯甘油含量高，油脂含量佔乾重的比重達68%以上，油脂以長鏈多不飽和脂肪酸和二十碳五烯酸為主
  • 年中喜報|安諾三代測序助力微擬球藻基因組發布~
    微擬球藻屬物種具有單倍體核和無性生殖的特點，便於進行遺傳育種，主要用作魚類幼體、輪蟲的飼料和人類營養食品添加劑，且能夠積累大量多不飽和脂肪酸，可應用於工業。環境適應能力強、個體小、繁殖速度快等優點，讓微擬球藻屬躋身生產生物柴油的優良藻種行列。
  • 萬年冰川中驚現未知病毒，人類會因此滅亡嗎？
    2020年1月7日，研究人員證實從距今520~15000年範圍內的冰川內發現了遠古微生物，包括18種細菌和33種病毒，其中28種完全未知！人類在19世紀末之前都沒有意識到病毒的存在，直到1892年，俄羅斯科學家伊萬諾夫斯基發現植物的「菸草花葉病毒」病原原來不是細菌，而是一種比細菌小得多的病原體。到了20世紀初，科學家才首次通過電子顯微鏡觀察到菸草花葉病毒其實是一種杆狀顆粒。
  • 微擬球藻 吃的是二氧化碳 擠出的是燃料
    微藻，即微體藻類，大小從幾微米到幾百微米不等，光合效率較高，能高效生產脂類、蛋白質、多糖等有機物，其中脂質可通過酯交換反應轉化為生物柴油。　　在20世紀70年代，美國能源部以發展可持續能源為目的，對微藻開展了大規模搜集、篩選和鑑定工作，最終獲得了300多種產油微藻，即脂質佔細胞乾重比例超過20%的微藻，其中微擬球藻的脂質比例更是高達68%。
  • 合成細菌「躺」在礦物表面就可產生電流
    據物理學家組織網3月26日（北京時間）報導，美國華盛頓州太平洋西北國家實驗室和東安格利亞大學的研究人員發現，合成細菌僅僅通過接觸一種礦物表面，不需任何其他介質就可以直接產生電流。新研究使得從細菌產生清潔電力，創建高效的微生物燃料電池或「生物電池」更進一步。該研究成果發表在最新一期的美國《國家科學院學報》上。
  • Leptolyngbya屬海洋藍細菌次級代謝產物的研究進展|MDPI
    Gerwick，美國斯克裡普斯海洋研究所傑出教授、博士生導師、海洋生物技術及生物醫藥中心前主任，美國AAAS協會會員。主要從事海洋藍細菌活性次級代謝產物的發現，探索其生物合成途徑並在分子遺傳學和基因水平上對其來源進行研究。Gerwick教授同時致力於開發結構分析新技術例如基於核磁共振技術的S.M.A.R.T.平臺等。
  • 微擬球藻:吃的是二氧化碳,擠出來的是燃料
    其中脂質可通過酯交換反應轉化為生物柴油。　　在20世紀70年代，美國能源部以發展可持續能源為目的，對微藻開展了大規模搜集、篩選和鑑定工作，最終獲得了三百多種產油微藻，即脂質佔細胞乾重比例超過20%的微藻。其中微擬球藻的脂質比例更是高達68%！
  • 【中國科學報】青島能源所建立微擬球藻資料庫支撐「綠色重生」計劃
    為了促進全球微擬球藻研究群體的資源共享和合作、加速工業產油微藻合成生物學和分子育種技術的進展，中科院青島生物能源與過程研究所單細胞中心聯合來自韓國、德國、美國、法國等國的14個實驗室，發布了「微擬球藻設計與合成資料庫」（NanDeSyn）。該工作近日發表於《植物學期刊》。
  • 科學家把藍細菌植入心臟,要通過光合作用給心肌供氧!
    [5] 綠色植物的光合作用能夠從陽光中獲得能量，將二氧化碳和水轉化為碳水化合物進行自身生長，在這個過程中綠色植物還會產生一些多餘的氧氣，釋放到大氣中，而這些氧氣對於進行有氧呼吸的生物比如人類來說是賴以生存。這是小學科學書上都有的基本知識。
  • 微擬球藻擁有獨特固碳能力——吃的是二氧化碳,生出來的是燃料
    在20世紀70年代，美國能源部以發展可持續能源為目的，對微藻開展了大規模搜集、篩選和鑑定工作，最終獲得了300多種產油微藻——即脂質佔細胞乾重比例超過20%的微藻。其中，微擬球藻的脂質比例高達68%。　　微擬球藻作為一種單細胞藻類，除了脂質含量高外，還具有環境適應能力強、個體小、繁殖速度快等優點，躋身生產生物柴油的優良藻種行列。
  • 球藻為什麼會浮起來?_1256
    在養球藻的過程中，有時能觀察到原本沉在水底的藻球漂浮到水面附近，這是為什麼？最近在期刊Current Biology上，刊登了一篇專門研究這個問題的論文（竟然能發Current Biology_(:з)∠）_）。答案其實和很多人想的一樣：是因為光合作用產生的氧氣泡泡。在光照下，球藻進行光合作用，產生的氧氣氣泡附著在藻球表面，就增加了浮力。
  • 青島能源所 | 建立微擬球藻NanDeSyn資料庫網站,支撐「綠色重生」國際合作計劃
    針對微擬球藻多組學數據缺少儲存、集成與分析平臺的問題，青島能源所單細胞中心公衍海、韓國國家先進科學與技術研究院Nam Kyu Kang等帶領的國際聯合開發團隊，通過整合大量公開數據集並引入多個全新數據集，NanDeSyn資料庫收集和整理了微擬球藻的基因組序列、基因注釋、轉錄組、蛋白組、小RNA等包括表觀遺傳學數據在內的系統而全面的功能基因組學數據，並以在線資料庫的形式提供了大量用戶友好的工具