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尽管祖先大量丢失了基因,红藻依然茁壮成长

红海藻生长在韩国海岸。图:Debashish Bhattacharya/Rutgers大学- new Brunswick High Res

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Todd Bates
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你可能认为失去25%的基因对生存来说是个大问题。但红藻就不一样了,包括用来包寿司的海藻。

罗格斯大学新不伦瑞克分校的德巴希什·巴塔查里亚教授说,大约10亿年前,红藻的一个祖先失去了大约四分之一的基因,但这种藻类仍然在世界各地的近海岸地区占据主导地位。巴塔查里亚教授是《自然通讯》杂志的一项研究的合著者。

这项研究可能有助于培育转基因海草,这些海草可以用作农作物,有助于预测海草害虫的传播,而且随着气候变暖和污染可能加剧,还有助于控制覆盖海岸线的入侵海草。

科学家认为,25%的遗传物质损失是由于红藻祖先适应了极端环境,如温泉或低营养的栖息地。这时,这些藻类的基因组变得更小,更专业化。那么,它们是如何设法摆脱这些具有挑战性的条件,占据这么多不同的栖息地的呢?

“这是一个类似凤凰涅槃的故事,这项研究回答了进化论中的一个重要问题,”环境与生物科学学院生物化学与微生物系的著名教授巴塔查亚(Bhattacharya)说。“这个谱系有着惊人的进化史,藻类现在在比温泉更多样化的环境中茁壮成长。”

红藻包括浮游植物和海藻。紫菜和其他红海藻是日本、韩国和中国的主要农作物,它们被用作寿司卷和其他用途。海藻还被用作食物增稠剂、乳化剂和分子生物学实验。与此同时,海草害虫和入侵物种正成为海岸线的共同威胁,有时会淹没它们。

科学家们推测,这种红藻的祖先能够通过开发灵活的光收集设备来适应广泛变化的光环境。他们的研究结果有力地支持了这一假设。他们从单细胞红藻卟啉中获得了高质量的基因组序列。他们发现许多复制的和多样化的基因家族都与phycobilisomes有关。phycobilisomes是一种蛋白质,它捕获并将光能转移到光系统II(一种吸收光的蛋白质复合物)来分裂水,这是为我们的星球提供能量的光合作用的关键的第一步。

一个关键的组成部分是“连接蛋白”,帮助组装和稳定这种蛋白复合物。结果表明,连接蛋白的主要多样化可能增强了光合能力,并可能解释藻类现在如何在从近岸地区到珊瑚礁的各种环境中茁壮成长。

该研究的第一作者是李俊模(JunMo Lee),他是罗格斯大学(Rutgers)的一名访问科学家,在韩国京北大学(Kyungpook National University)工作。韩国成均馆大学的科学家参与了这项研究。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.rutgers.edu/red-algae-thrive-despite-ancestor%E2%80%99s-massive-loss-genes/20191029