在地衣中发现了第一个已知的专性共生的分子证据

2020-10-19 149地衣

科罗拉多大学博尔德分校的研究人员在地衣中发现了第一个已知的专性共生的分子证据,这是一种独特的共进化关系,可以为一些多细胞生物如何以及为什么为了共存而整合它们的基因组提供新的线索。

在地衣中发现了第一个已知的专性共生的分子证据

这项新的研究发表在今天的《分子生态学》杂志的网络版上,发现真菌有机体在与藻类结合形成地衣伙伴关系的同时,减少了它们的核心基因组组成,一种被认为是“有义务的”(即需要两个伙伴),但之前缺乏直接的基因验证。

“共生体允许两种不同的生物在它们可能无法生长的地方生存,”加州大学自然历史博物馆植物学馆长、新研究的合著者艾琳·特里普说这些发现令人兴奋,因为它们说明了这一专一配对的关键基因基础。”

研究内容

地衣在世界各地无处不在,可能覆盖了地球陆地面积的百分之六。已知的地衣种类超过20000种,其中一些非常适合沙漠和北极冻原等极端环境。地衣在土壤形成、养分循环等生态过程中起着重要作用,是环境毒性的生物学指标。

然而,这些真菌-藻类结合的遗传机制和后果仍不甚清楚。利用从阿巴拉契亚山脉南部采集的样本,科罗拉多大学博尔德分校的研究人员对22种不同的地衣物种的DNA进行了测序,以便更好地了解这两种不相关的生物是如何在分子水平上共同进化的。

研究结果

在地衣中发现了第一个已知的专性共生的分子证据,研究结果显示,在某些情况下,这种共生体的真菌伴侣精简了线粒体基因组,就像一对夫妻一起搬进可能会消除重复的家居用品一样。

“真菌失去了一个关键的产能基因,而藻类却保留了这个基因的完整拷贝,”该研究的主要作者、加州大学博尔德分校分子、细胞和发育生物学系的研究生科洛·波戈达说我们在三种不同的地衣谱系中观察到了这种基因的平行丢失:真菌放弃了这个特定的基因,而它的光合作用伙伴却保留了它。”

特里普说,这种有义务的安排,其中一方放弃自己的线粒体能量供应,很可能依赖另一方获得细胞能量,这表明基因分工使产生的苔藓更有效,从而可能赋予生态优势。

扩大研究

研究人员计划在将来扩大这项研究,以包括更多的地衣物种。这一发现还可能激发对人类肠道微生物群的新的研究,这种复杂的细菌群在每个人体内共生,并被证明影响健康的各个方面。

“考虑到我们在自然界中观察到的共生关系,其影响是深远的,”特里普说,他同时也是加州大学博尔德分校生态与进化生物学系(EBIO)的助理教授现在我们可以扩大我们的研究范围,寻找其他生物共同进化的基因组特征。”

引用

University of Colorado at Boulder. "When it comes to genes, lichens embrace sharing economy." ScienceDaily. ScienceDaily, 8 February 2018. www.sciencedaily.com/releases/2018/02/180208140509.htm.

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