Science：藻类借助基因转移适应极端环境

生物帮,2013-03-13

摘要：某些真核微生物，如Galdieria sulphuraria属于“温泉红藻”，已适应极端酸性、高温环境，它们可能从细菌和古细菌中获得了这些适应极端环境的基因。相关研究论文于2013年3月7日发表在Science杂志上。

某些真核微生物，如Galdieria sulphuraria属于“温泉红藻”，已适应极端酸性、高温环境，它们可能从细菌和古细菌中获得了这些适应极端环境的基因。相关研究论文于2013年3月7日发表在Science杂志上。

最近，科学家发现一种藻类物种从原核生物处获得的基因，有可能帮助了它适应生存的极端环境——酸性温泉。研究人员预测这种极端环境红藻大约5%的蛋白质编码基因获取自细菌或是古细菌，赋予了它们在不寻常条件下生存的代谢适应性

“人们多半认为真核细胞无法经受这样的残酷环境，然而数据表明它们可以——其从原核世界中获得了解决方案，”法国巴斯德研究所微生物进化基因组学家Eduardo Rocha(未参与该研究)说。尽管有许多例子已证实真核生物从原核生物处获取了新基因，这是首次横向将转移基因与适应性利益联系起来。在这一红藻(Galdieria sulphuraria)中，“对于许多原核生物来源的基因，我们可以直接看到适应性利益。”

真核生物进化主要依赖于利用手头现有的资源——复制和重新利用已经编码在生物体基因组中的基因。众所周知，如细菌等原核生物能够从它们的环境中获取遗传物质，并且在过去的数年里科学家们也发现了许多真核生物水平基因转移的例子。俄克拉马荷州立大学进化生物学家Gerald Schönknecht说，例如2008年的一项硅藻基因组研究确定了数百个原核生物来源基因。不过目前尚不清楚这些基因是否赋予了任何的利益。

Christine OesterheltIn负责检测真核生物是否能够通过水平基因转移从原核生物处获取有利基因。德国杜塞尔多夫大学的Schönknecht和Andreas Weber对Galdieria sulphuraria进行了基因组测序。这种红藻生存在酸性、有毒金属丰富的硫磺温泉中。然而在这样的大多数其他生物体无法适应的环境下，G. sulphuraria仍然能够进行光合作用维持生存。
研究人员在它的基因组中，发现了至少75种不同的细菌或古细菌来源的基因转移。其中包括一组从前未在任何其他真核生物中发现的古细菌可溶性ATP酶(ATPases)。研究人员推测这组ATP酶使得生物体能够耐受极端的温度。研究人员还发现了与抗高盐相关的细菌钠泵，以及帮助藻类不受有毒金属损伤的细菌砷膜泵。Schönknecht和Weber推测，在G. sulphuraria总共有5%的蛋白质编码基因是从环境中的原核生物处水平获取。

罗格斯大学进化遗传学家Debashish Bhattacharya(未参与该研究) 说：“新一轮研究热潮提供的证据表明，真核生物能够像细菌一样，通过收集基因从根本上改变它们的生活方式。此外，研究数据表明许多的单细胞真核生物有可能是自然‘可变化的’——比以前认为的更有能力获取全部的基因。”

Weber预计真核生物间的水平基因转移有可能比预料的更常见，但目前仍不清楚其机制。“弄清它的运作机制，是下一个大型前沿研究的目标。”

法国国家科学研究中心基因组生物学家Chris Bowler说，转座元件和病毒有可能是负责此种转移的两个“侯选子”。通过将这样的序列，它们的传播情况，以及在G. sulphuraria基因组中它们靠近原核生物来源基因的位置制成表格，研究人员将能够更好地了解相关机制。

Bhattacharya说，这些研究结果还进一步推动了被普遍提及的有关转基因生物(GMO)的关注。他认为，如果真核生物会自然交换基因，那么认为GMOs是固有的“反自然”的想法，或许就是“毫无根据”的。如果真核生物能够获取有利基因，那么关注焦点就应该更多侧重在“特异基因而非过程”。

论文链接：Gene Transfer from Bacteria and Archaea Facilitated Evolution of an Extremophilic Eukaryote