首頁  書記信箱  網站地圖  郵箱登陸  English  內網  中國科學院
 您現在的位置:首頁 > 新聞動態 > 科研動態
藻類遺傳學與生物技術學科組首次揭示綠藻適應南極環境的早期演化機制
作者: 王雅丽 | 2019-12-09 | 浏览量:

  生物在寒冷的南极大陆如何生存演化是一个十分有趣的生物学问题。目前,对于嗜冷生物生命活动的研究主要是基于对嗜冷酶的理解,而嗜冷酶是经过长期的突变积累和适应性演化形成的。那么,通过大气层流等途径到达永久性寒冷环境的微生物,在细胞内各种参与代谢的酶完成冷适应之前怎样在低温下保持一定的代谢活性和生长能力呢?这个问题对于理解生物如何适应南极等常年寒冷环境至关重要,然而此前一直没有答案。中國科學院水生生物研究所等单位科研人员以從南極分離到小球藻Chlorella vulgaris NJ-7來自溫帶的小球藻C. vulgaris UTEX259爲研究材料,揭示了綠藻在南極環境下的早期適應機制。 

  水生所徐旭東研究團隊從南極分離到小球藻NJ-7,其18S rRNA序列与來自溫帶的小球藻UTEX259完全相同,核簣D毎器基因組結構也支持爲同一種。兩藻株在20oC的生長相似,但只有NJ-7能夠在4oC生長,並且NJ-7UTEX259的抗凍力(-20oC)大幅提高。化石標定分析綠藻演化時間顯示,NJ-7UTEX259的分離時間在2.6百萬年左右,遠晚于南極大陸與南美分離時間。通過對基因組、轉錄組和定量蛋白組的系統深入分析,發現南極小球藻的適應性進化主要是基于LEA蛋白(圖1)和各類酶水平(見圖2舉例)的提高,以及某些酶的正向選擇LEA蛋白的積累使其在冰凍條件下保持存活,而系統地提升關鍵酶的含量則直接導致酶活性增加(比活性基本不變),使初到南極的小球藻在接近0 oC條件下保持代謝活性並獲得生長能力。意外的是,這些在南極藻株含量提高的酶和蛋白大多數並不是受低溫誘導表達的。 

  該研究首次揭示了微藻在南極環境下的早期適應機制,初步解答了在酶完成寒冷適應之前細胞如何保持較高酶活力這一問題,對于微生物、低等動植物如何適應南極環境有重要參考價值。此外,這一研究提供了非常罕見的分離時間以百萬年計的種內演化例證,也是嗜溫微生物轉移至南極並適應寒冷環境的第一個實例研究。 

  該項持續10余年的研究先后得到中國科學院知识创新工程重要方向项目、湖北省创新群体项目以及淡水生态和生物技术国家重点实验室的支持,研究结果近期在线发表于进化生物学领域的国际著名期刊Molecular Biology and Evolution(见以下論文鏈接)。水生所王雅丽博士为该论文第一作者,徐旭东研究员为通讯联系人。合作单位和人员有华中科技大学郭安源教授、中國科學院青岛生物能源与过程研究所徐健研究员等人。 

  論文鏈接: 

  https://academic.oup.com/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msz273/5626244 

 

  1. LEA蛋白基因在小球藻染色體上的分布(a)和系統演化關系(b)(b)圖中还标注了LEA蛋白預測的胞內分布 

 

  2. 小球藻南極株和溫帶株中參與碳代謝的部分酶的差異表達。橘黃色標注的酶表示在南極株中的水平比在溫帶株中顯著增加 

    

相關新聞
相關下載
Copyright 2009 © 中國科學院水生生物研究所 All Rights Reserved
地址:武汉市武昌东湖南路7号 电话:027-68780839 聯系我們
鄂ICP备050003091号 鄂公网安备42010602002652号