没有DNA的“发电厂”

May 27, 2019 来自甲藻类的藻类以一种不寻常的方式组织其遗传物质

大多数生物的细胞都具有负责能量产生的特殊结构。除了细胞核中的基因组之外，这些所谓的线粒体通常还有自己的基因组。阿尔弗雷德·韦格纳研究所 (AWI) 的乌韦·约翰 (Uwe John) 和他的同事现在在单细胞寄生虫中发现了迄今为止独特的例外情况。研究小组在《科学进展》杂志上报告称，即使没有自己的遗传物质，甲藻变形虫的线粒体似乎也能正常运作。

甲藻构成了海洋中浮游生物的很大一部分。大约两千种已知物种中，大约有一半像植物一样进行光合作用，其他物种则生活在掠食性动物中，或者根据食物的不同，在不同的饮食之间切换。最后，这个多才多艺的藻类群体中也有寄生虫。有了这样的团队，Uwe John 周围的团队现在对基因组进行了研究，并经历了惊喜。

研究人员在亚历山大藻属的其他甲藻细胞中发现了他们的研究对象。这包括在大规模开发中容易形成有毒藻华的几种物种。这些单细胞生物的整块地毯有时会漂浮在水中并产生神经毒物石房蛤毒素，这对人类也很危险。但有些寄生虫可以阻止这种藻华。其中包括一种名为 Amoebophrya ceratii 的物种，它是当前研究的重点。

“这些单细胞生物以所谓的恐龙孢子的形式在水中游泳，直到找到宿主，”Uwe John 解释道。当时机成熟时，它们会附着在受害者身上，渗透到其中并从内到上吃掉它。它们越来越大，形成一个有许多细胞核的阶段。它像蠕虫一样，最终从死去的宿主体内爬出，分解成200到400根新的恐龙刺。这样的感染周期仅持续三到四天，但可以对亚历山大藻种群产生巨大影响。

该团队已对 Giftalgen 征服者的基因组进行了测序，该基因组由约 1 亿个碱基对组成。对于甲藻来说，这实在是太少了。现在，寄生虫的小基因组没什么特别的。这种生活方式的许多追随者本身并不产生生存所需的所有代谢物，而是利用宿主。这使得它们依赖于这些，但也可以不需要很多基因。但中华变形虫并没有走这条路。 “在这个物种中，几乎所有的代谢过程都在起作用，因此它们应该能够自行应对，”乌韦·约翰说。它用比任何其他甲藻小得多的基因组来做到这一点。

它在位于细胞核之外的基因组部分中尤其推动了这种减少。在植物和藻类中，DNA 不仅存在于线粒体中，还存在于光合作用所需的质体中。它们的基因组通常与甲藻一样很小，仅由 14 个基因组成。然而，锯齿变形虫似乎完全废除了质体，除了一个例外，还废除了它们的基因。
更引人注目的是寄生虫对其线粒体施加的紧缩计划。在他的关系中，这些小细胞发电厂的DNA中还存在着三个基因。 Amoebophrya ceratii 显然保存了整个线粒体基因组。尽管进行了所有细致的搜寻工作，团队还是没有发现它的踪迹。两个基因明显消失，第三个基因，细胞色素 c 氧化酶 1（COX1 或 COI），已迁移到细胞核中。 “这真的让我感到惊讶，”乌韦·约翰说，“因为到目前为止，还没有其他已知的呼吸氧气的生物在其线粒体中没有自己的遗传物质。”

如果寄生虫的话，这种紧缩可能会很方便必须快速创造许多新的恐龙孢子。 “通过细胞核调节所有过程可能更有效，”乌韦·约翰说。 “所以宿主的资源或许可以得到最好的利用。”然而，如果能源供应崩溃，那将一无所获。但危险似乎并不存在：线粒体在生命的各个阶段都运转良好，使恐龙能够寻找宿主，甚至可以快速游泳。 “这些寄生虫可能已经找到了自己产生能量的方式，”乌韦·约翰说。 “它们只需要人类和所有动物线粒体中发现的五种已知蛋白质复合物的一部分来产生能量。”

研究人员希望这些发现将有助于更好地了解甲藻的进化及其亲戚作为一个整体。这也很有趣，因为这些藻类的亲缘关系还包括其他寄生虫和疟疾等疾病的病原体。此外，这些结果可以为线粒体和质体的历史提供新的见解。两者原本都是独立的生物，自古以来就被其他单细胞生物吞噬，并以所谓的内共生体的形式在其中生存。随着时间的推移，它们的遗传物质不断缩小，成为无法单独存活的细胞的服务提供者。然而，这种发展已将中华变形虫推向极端，并剥夺了其内共生体的遗传自主性残余。