隐藏的苔藓叶绿体“壁”被发现

2020-10-09 142苔藓

日本熊本大学的研究人员成功地首次发现了苔藓植物叶绿体中的肽聚糖“壁”。到目前为止,绿色植物的叶绿体被认为只有两个被膜包围。这项研究的结果:隐藏的苔藓叶绿体“壁”被发现,颠覆了关于叶绿体结构的传统观念。

研究背景

叶绿体是植物细胞中进行光合作用的质体(细胞器)。目前公认的起源理论认为,蓝藻原本具有光合能力,但在10亿多年前被真核细胞吞噬,最终成为叶绿体。叶绿体,就像它们的蓝藻祖先一样,通过分裂增殖。

隐藏的苔藓叶绿体“壁”被发现

蓝藻的细胞壁上有一个肽聚糖层成分,但在绿色植物的叶绿体中从未观察到这一层。直到最近,人们还认为叶绿体在进化过程中失去了这一层。然而,1997年德国弗莱堡大学和2002年和2003年熊本大学的两个独立研究小组表明,一些被认为失去肽聚糖层的植物对叶绿体分裂受到抑制的抗生素产生反应。此外,熊本大学的研究结果强烈表明,抗生素特别针对苔藓叶绿体中肽聚糖的生物合成。这使得熊本大学的研究人员怀疑,尽管还没有观察到肽聚糖层是否真的存在,于是开始了他们的研究。

熊本大学科学与技术研究院的高野弘教授说:“我们决定用苔藓进行分析。”我们分离出一个与细菌基因同源的moss基因,该基因编码D-丙氨酸:D-丙氨酸连接酶(Ddl)。这种酶负责将2个D-丙氨酸分子合成单分子D-丙氨酸-D-丙氨酸(D-Ala-D-Ala),其在细胞内的唯一目的是合成肽聚糖。然后,我们利用基因打靶技术培育出没有这种基因的转基因植物。”

研究人员发现,突变体植物的叶绿体大小大大增加,叶绿体分裂似乎受到抑制。然后,他们在一种添加D-Ala-D-Ala的培养基中培养突变体植株,从而恢复叶绿体分裂。这表明苔藓植物叶绿体分裂过程中使用肽聚糖。

此外,研究人员将一个荧光分子与D-Ala-D-Ala结合,并通过荧光显微镜观察结果。围绕叶绿体的荧光D-Ala-D-Ala提供了叶绿体周围肽聚糖“壁”存在的直观证据,隐藏的苔藓叶绿体“壁”被发现。

研究意义

“我们认为苔藓叶绿体的‘壁’结构与叶绿体的分裂和形态密切相关,”Takano教授说绿色植物叶绿体的“壁”结构在内共生早期被认为是丢失的。基因组数据显示,这种肽聚糖壁确实在被子植物中消失了,但我们首次证明它仍然存在于苔藓植物中。与苔藓相似,陆生植物也可以利用肽聚糖进行叶绿体分裂。这个‘墙’的发现是改写叶绿体基本结构这本书的重要发现。”

这一发现发表在2016年6月20日的《植物细胞》杂志上。

引用

Kumamoto University. "Hidden moss chloroplast 'wall' discovered." ScienceDaily. ScienceDaily, 13 July 2016. www.sciencedaily.com/releases/2016/07/160713101509.htm.

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