变形虫可提供光合进化的关键线索
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加利福尼亚斯坦福大学，2012年2月27日
植物和动物细胞之间的主要区别是把光能转换成化学能的光合作用过程。当没有光时，植物细胞将碳水化合物和糖分解以产生能量，这和动物和某些细菌的细胞是一样的。两种细胞器负责这两个过程：叶绿体进行光合作用，线粒体分解糖。卡内基的伊娃.瑙瓦克(Eva Nowack)和阿瑟·格罗斯曼(Arthur Grossman)的新研究为揭开叶绿体进化的早期阶段提供了线索。他们的工作发表在2月27到3月2日这一周的国家科学院院报(PNAS)上。
广泛认为光合作用的叶绿体起源于单细胞蓝藻细菌，在15亿年前，一个更复杂的不具有光合作用的细胞吞噬了单细胞蓝藻细菌。虽然两个生物体之间的关系原本是共生的，随着进化，蓝藻细菌将其大部分遗传信息转移到宿主的细胞核中，将原来的蓝藻细菌转变成了离开宿主就不能生存的叶绿体。
线粒体的产生过程与之类似。
为了维持器官的功能，转移到细胞核的基因所编码的蛋白质在细胞质中合成，然后导入到细胞器内。在多数已研究的系统中，蛋白质转运到叶绿体是通过多蛋白质输入复合体，该复合体可以让蛋白质通过包裹叶绿体的细胞膜。
显然，叶绿体和线粒体的产生永远地改变了世界。但这是很难研究的过程，因为它很久以前。用来研究这一进化过程的策略是发现一种生物，它将细菌转换成依赖宿主的细胞器的事件发生在最近过去。
瑙瓦克和格罗斯曼集中研究一种叫做Paulinella chromatophora的阿米巴，其中包含两个也源于共生蓝藻光和细胞体组织，但他们代表进化成一个完全的细胞器的早期阶段。
这些细胞体组织，称为色素体，将30多个原始蓝藻基因转移到了宿主的细胞核中。虽然已观察到其他细菌共生体转移基因的现象，这些转移基因的功能一直不清楚。由于这些共生体（与细胞器形成对照）没有合适的蛋白输入机制，它们并不能捕获这些蛋白质。
卡内基的研究团队集中研究了P. chromatophora的3个转移基因，它们编码的蛋白质参与了在色素体中进行的光合作用。他们研究以确定是否这些蛋白质是在变形虫的细胞质中合成，是否成熟蛋白进入色素体。
他们采用一系列先进的研究技术，确定这3种蛋白质是在细胞质中合成，然后转运到色素体中，在那里与色素体自己编码合成的蛋白质形成光和作用过程一部分的蛋白质复合体。
有趣的是蛋白质转运到色素体的过程不身也是以前不知道，在蛋白质进入色素体之前，高尔基体参与了转运过程。这是一例最初的、最原始的蛋白质通过新生叶绿体细胞膜的过程。这个过程最终演变成一个更加复杂的用于高效转运蛋白质的特定蛋白质复合体。
瑙瓦克说：“这项研究表明在研究细胞器的进化过程P. chromatophora是一个具有潜在的强有力的模型。获得一份全面的转运进色素体的蛋白质清单，包括其功能和起源，以及了解这些蛋白质转运的途径，可以帮助揭示真核细胞如何利用细菌并将他们它们变成细胞器（如叶绿体和线粒体）的机制。“
