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藻类的第三只眼睛

2019-11-12 25藻类

就像陆地植物一样,藻类利用阳光作为能量来源。许多绿藻活跃在水中;他们可以接近光,也可以远离光。为此,他们使用藻类的第三只眼睛:特殊的感光器来感知光线。

对这些光传感器长达数十年的研究在2002年取得了第一次成功:Georg Nagel当时他在位于法兰克福/M的马普生物物理研究所(Max-Planck-Institute of Biophysics)。这些离子通道吸收光,然后打开并运输离子。它们是以人和动物的视色素视紫质命名的。

现在藻类的第三只眼睛为人所知:研究人员发现了一种新的光传感器,其性能出人意料。Armin Hallmann 教授(比勒费尔德大学)和Georg Nagel教授(朱利乌斯-马克西米利安斯-维尔茨堡大学,JMU)的研究小组在《BMC生物学》杂志上报告了这一发现。

光减少了cGMP的生产

关于藻类的第三只眼睛,令人惊讶的是:这种新的光感受器不是被光激活的,而是被抑制的。它是一种合成重要信使cGMP的环化酶。当暴露在光线下时,cGMP的产生会严重减少,导致cGMP浓度降低——这正是人眼中的视紫红质吸收光线时发生的情况。

新发现的传感器是由光和分子ATP调节的。这种“双组分系统”在细菌中已经广为人知,但在高等进化的细胞中还没有发现。研究人员将这种新的光感受器命名为“双环化酶视蛋白”,简称2c-cyclop。他们在两种绿藻、单细胞衣藻和多细胞团藻中发现了这种物质。

功能表现在卵母细胞和藻类

Georg Nagel解释说:“多年来,一直有遗传数据支持我们的结论,即在绿藻中,视紫质肯定比之前描述的两种多。”只有在莱茵衣藻中,视蛋白被分配了12个蛋白质序列,视蛋白是视紫质前体。

“到目前为止,还没有人能够证明这些光传感器的功能,”Nagels的合作者Shiqiang Gao.博士说。只有来自比勒费尔德和维尔茨堡的研究小组成功地做到了这一点:他们已经在非洲爪蟾的卵母细胞和球藻的卵细胞中安装了新的视紫红质。在这两种情况下,它的功能可以被显示和描述。

光遗传学的角度

作者认为,2c-Cyclop光传感器为光遗传学提供了新的机遇。用这种方法,活组织和有机体的活动可以受到光信号的影响。通过光遗传学手段,许多基本的细胞生物学过程已经被阐明。例如,它为帕金森病和其他神经系统疾病的发病机制提供了新的见解。她还对自闭症、精神分裂症、抑郁症或焦虑症等疾病带来了新的见解。

引用

University of Würzburg. "The algae's third eye." ScienceDaily. ScienceDaily, 11 January 2019.
www.sciencedaily.com/releases/2019/01/190111095117.htm.

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