Nature：藻类基因组解读叶绿体秘史

　　我们初学生物时接触得最早的就是光合作用，光合作用利用二氧化碳、水和太阳能合成有机物。世界上最重要的光合作用真核生物(植物)多半并不是自己演化出光合作用能力的，它们的叶绿体是从其他生物中“拿来”的。

　　这些叶绿体来源于真核宿主吞食的光合细菌，这一过程被称为初级内共生。随后，红藻和绿藻中的叶绿体又会借由次级内共生，进入其他本不具有光合作用能力的真核生物。正是这样的一系列事件塑造了世界上光合作用生物的多样性，这些生物在调节和维持全球碳循环中发挥着重要作用。在多数通过内共生获得光合作用能力的生物中，被摄取的细胞核会消失，但在某些情况下细胞核没有消失(被称为nucleomorph)，这时生物体就会拥有不同的基因组。

　　为了更好的了解nucleomorph持续存在以及次级内共生的机制，包括美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)在内的27个研究所联手对两种小型藻类(Bigelowellia natans和Guillardia theta)的基因组和转录组进行了测序。加拿大Dalhousie大学John Archibald领导的研究团队于十一月二十九日在Nature杂志上发表了他们的研究成果。

　　Archibald将这些藻类比喻为俄罗斯套娃，称其“具有复杂的亚细胞蛋白靶标机制”。他补充到，这两种藻类基因组中约有50%的基因都是自身独有的，与其他生物没有相似性。

　　DOE JGI真菌基因组项目负责人Igor Grigoriev将B. natans和G. theta称为“活化石”。B. natans和G. theta这两种藻类分别是首次测序的cryptophyte和chlorarachniophyte类植物，为人们填补了真核进化树中的空白。

　　Archibald说，“G. theta和B. natans中涉及碳代谢的一系列酶复杂得惊人，它们不仅可以被科学家们用来进行基础研究和也可以用于应用研究，例如光合作用、亚细胞转运和发展生物能源等。”

　　DOE JGI对单个藻类细胞进行了基因组测序，其中B. natans基因组95 Mb、G. theta基因组87 Mb。此外，国家基因组资源中心分别对这两种藻类进行了转录组测序。这两项测序帮助科学家们解答了“为何nucleomorphs持续存在”的谜题。

　　“原因很简单，两种藻类中的nucleomorph不再能够通过内共生基因转移将DNA转移到宿主细胞核内。大多数次级内共生的真核生物中，内共生体的遗传物质会完全转移给宿主，但cryptophytes和chlorarachniophytes不同，其摄入的叶绿体和核与宿主细胞是分隔开的。结果导致G. theta和B. natans体内在遗传学和生化上泛滥着大量的嵌合现象。” Archibald说。

　　此外，研究发现B. natans中存在着惊人的选择性剪切现象，选择剪切本是较高等真核生物的典型特征。研究人员指出，B. natans中选择性剪切的水平大大超越了模式生物拟南芥，已经接近于人类大脑皮层，这是前所未见的。此前，人们一般认为选择性剪切是复杂多细胞生物所特有的，而这一发现对此提出了挑战。