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一種單細(xì)胞藻類細(xì)胞中有7個基因組
作者：文樂樂 來源：中國科學(xué)報 
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一種50多年前收集并在實驗室中生長的單細(xì)胞藻類，原來是一個由曾經(jīng)獨立的生物組成的奇怪的集合體，里面有不少于7個不同的基因組。4月27日，相關(guān)成果發(fā)表于《當(dāng)代生物學(xué)》。
“據(jù)我所知，單個細(xì)胞中有7個不同的基因組是創(chuàng)紀(jì)錄的�！� 在加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)進行這項研究的Emma George說。
這種藻類被稱為隱藻，是博物學(xué)家Ernst Georg Pringsheim在1970年之前的某個時候收集的，并成為德國哥廷根大學(xué)收藏的一部分。1988年，一項顯微鏡研究揭示了這種藻類細(xì)胞中的細(xì)菌，以及一些細(xì)菌中的病毒。
受該研究啟發(fā)，George要來了一些藻類樣本，以便她的團隊對細(xì)胞內(nèi)所有DNA進行測序，并識別其中的病毒和細(xì)菌。
細(xì)胞作為共生細(xì)菌的宿主并不罕見。復(fù)雜細(xì)胞被認(rèn)為是在大約30億年前出現(xiàn)的，當(dāng)時一種細(xì)菌開始在另一個簡單細(xì)胞內(nèi)生存并形成了伙伴關(guān)系，這種現(xiàn)象被稱為內(nèi)共生。這種細(xì)菌進化成產(chǎn)生能量的線粒體，后者存在于幾乎所有復(fù)雜細(xì)胞中。
雖然復(fù)雜細(xì)胞的主要基因組在細(xì)胞核中，但是線粒體仍然保留著小基因組。這意味著大多數(shù)動物細(xì)胞有兩個不同的基因組，每個細(xì)胞的線粒體基因組多達數(shù)千個拷貝。
大約10億年前，植物細(xì)胞通過獲得一種藍(lán)細(xì)菌而獲得光合作用的能力。這進化成了葉綠體，葉綠體也保留了部分基因組，因此植物細(xì)胞有3個不同的基因組：核基因組、葉綠體基因組和線粒體基因組。
然而，隱藻并不是植物細(xì)胞。它們最初是自由游動的捕食性細(xì)胞，通過吞噬一種復(fù)雜的植物細(xì)胞——紅藻——而不是藍(lán)細(xì)菌，獲得了光合作用的能力。
這種紅藻的細(xì)胞核以縮小的形式保留下來，因為它含有一些光合作用所必需的基因。因此，所有隱藻都有4個不同的基因組：細(xì)胞核基因組、紅藻的殘余細(xì)胞核基因組、線粒體基因組和葉綠體基因組。
哥廷根菌株有另外3個不同的基因組。George團隊發(fā)現(xiàn)，哥廷根菌株還獲得了另外兩種細(xì)菌內(nèi)共生體，其中一種感染了噬菌體病毒。
“有兩個不同的內(nèi)共生體，其中一個被噬菌體感染，所有這些都在一個細(xì)胞內(nèi)，這太神奇了�！盙eorge說。
研究團隊將宿主細(xì)胞鑒定為Cryptomonas gyropyrenoidosa，這兩種細(xì)菌分別為Grellia numerosa和Megaira polyxenophila，感染Megaira polyxenophila的病毒為噬菌體MAnkyphage。
George認(rèn)為這種集合體存在于Pringsheim收集的藻類中，并從那時起傳給了所有的后代，大約4400代。
令人驚訝的是，在宿主隱藻中，噬菌體感染的細(xì)菌比未感染的細(xì)菌更豐富。George說，尚不清楚噬菌體是如何在不消滅宿主細(xì)菌的情況下存活下來的，但噬菌體確實擁有可能有助于細(xì)菌與宿主相處的基因�！斑@一體系必須保持一種平衡�！盙eorge說。
研究復(fù)雜細(xì)胞進化的荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)的Dave Speijer說，這項研究經(jīng)過了徹底的研究，并表明宿主與其中的細(xì)菌和病毒之間的關(guān)系非常復(fù)雜。但他想知道，在現(xiàn)實世界中這種關(guān)系是否依然存在，還是僅僅因為細(xì)胞被保存在穩(wěn)定實驗室環(huán)境中而持續(xù)存在。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.04.010
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