Nature：藻類基因組解讀葉綠體秘史

　　我們初學生物時接觸得最早的就是光合作用，光合作用利用二氧化碳、水和太陽能合成有機物。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，它們的葉綠體是從其他生物中“拿來”的。

　　這些葉綠體來源于真核宿主吞食的光合細菌，這一過程被稱為初級內共生。隨后，紅藻和綠藻中的葉綠體又會借由次級內共生，進入其他本不具有光合作用能力的真核生物。正是這樣的一系列事件塑造了世界上光合作用生物的多樣性，這些生物在調節和維持全球碳循環中發揮著重要作用。在多數通過內共生獲得光合作用能力的生物中，被攝取的細胞核會消失，但在某些情況下細胞核沒有消失(被稱為nucleomorph)，這時生物體就會擁有不同的基因組。

　　為了更好的了解nucleomorph持續存在以及次級內共生的機制，包括美國能源部聯合基因組研究所(DOE JGI)在內的27個研究所聯手對兩種小型藻類(Bigelowellia natans和Guillardia theta)的基因組和轉錄組進行了測序。加拿大Dalhousie大學John Archibald領導的研究團隊于十一月二十九日在Nature雜志上發表了他們的研究成果。

　　Archibald將這些藻類比喻為俄羅斯套娃，稱其“具有復雜的亞細胞蛋白靶標機制”。他補充到，這兩種藻類基因組中約有50%的基因都是自身獨有的，與其他生物沒有相似性。

　　DOE JGI真菌基因組項目負責人Igor Grigoriev將B. natans和G. theta稱為“活化石”。B. natans和G. theta這兩種藻類分別是首次測序的cryptophyte和chlorarachniophyte類植物，為人們填補了真核進化樹中的空白。

　　Archibald說，“G. theta和B. natans中涉及碳代謝的一系列酶復雜得驚人，它們不僅可以被科學家們用來進行基礎研究和也可以用于應用研究，例如光合作用、亞細胞轉運和發展生物能源等。”

　　DOE JGI對單個藻類細胞進行了基因組測序，其中B. natans基因組95 Mb、G. theta基因組87 Mb。此外，國家基因組資源中心分別對這兩種藻類進行了轉錄組測序。這兩項測序幫助科學家們解答了“為何nucleomorphs持續存在”的謎題。

　　“原因很簡單，兩種藻類中的nucleomorph不再能夠通過內共生基因轉移將DNA轉移到宿主細胞核內。大多數次級內共生的真核生物中，內共生體的遺傳物質會完全轉移給宿主，但cryptophytes和chlorarachniophytes不同，其攝入的葉綠體和核與宿主細胞是分隔開的。結果導致G. theta和B. natans體內在遺傳學和生化上泛濫著大量的嵌合現象。” Archibald說。

　　此外，研究發現B. natans中存在著驚人的選擇性剪切現象，選擇剪切本是較高等真核生物的典型特征。研究人員指出，B. natans中選擇性剪切的水平大大超越了模式生物擬南芥，已經接近于人類大腦皮層，這是前所未見的。此前，人們一般認為選擇性剪切是復雜多細胞生物所特有的，而這一發現對此提出了挑戰。