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藻类有陆地基因

2019-11-14 34藻类

5亿年前,第一批生活在水里的植物开始在陆地上生长。与这种转变相关的基因适应已经可以在一种淡水藻类——布氏轮藻的基因组中得到确认。一个由马尔堡生物学家Stefan Rensing领导的国际研究小组在《细胞》杂志上报道了这一发现:藻类有陆地基因。

藻类有陆地基因

来自德国巴伐利亚州维尔茨堡大学(JMU)的Rainer Hedrich和Dirk Becker也是这个团队的成员。Hedrich教授解释说:“藻类有陆地基因,布氏轮藻的基因包含了许多进化上的创新,到目前为止,这些创新只归因于陆地植物。”他是JMU分子植物生理学和生物物理学主席。

应激激素脱落酸(ABA)就是这些创新之一。使旱地植物在干旱条件下转为节水模式。在水生植物中,这个功能是多余的。根据Hedrich的研究,这些ABA的早期合成步骤已经包含在布氏轮藻的基因中。相比之下,匹配的激素受体却找不到。

特异性钾转运蛋白缺失

布氏轮藻是一种较发达的藻类,与陆地植物相似。其中,它的特点是像根一样的结构,把植物固定在沿海的基质上。目前还不清楚藻类根部是否像它们的陆基对手那样吸收营养。藻类被含有营养盐的水永久包围着,它的身体几乎每个细胞都有吸收重要物质的能力。

“大多数在吸收和分配营养方面起作用的基因也存在于布氏轮藻的基因组中,”Dirk Becker教授说。相比之下,在Chara还没有发现存在于陆地植物根系中的钾的高亲和力转运体:“这可能意味着钾在水中比在土壤中更容易获得。”

藻类细胞传递电信号

除了原始的根外,藻类还具有类似植物的结构,节点间和节点具有叶状结构。这些节点间的距离可达20厘米,并具有一个特殊的特征:这些巨型细胞发出电信号,并沿着藻类的身体前进。

Hedrich解释说:“由于这个原因,自20世纪50年代以来,布氏轮藻一直被用作研究植物细胞电兴奋性的模型。”“因为它的细胞在触觉或光线刺激后激发动作电位,这种藻类也被称为‘绿色轴突’。”轴突是人类和动物神经细胞的长丝状部分,电脉冲沿其传导。

Hedrich的团队现在想要利用解码的布氏轮藻基因组来研究藻类中的哪个离子通道负责动作电位。在陆地植物中,谷氨酸受体通道在远距离的电信号传输中起着决定性的作用。然而,这些受体并不存在于Chara的基因组中。因此,关于植物电兴奋性的进化起源,科学家们仍需解决许多问题。

引用

University of Würzburg. "Algae have land genes." ScienceDaily. ScienceDaily, 12 July 2018.
www.sciencedaily.com/releases/2018/07/180712123941.htm.

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