一種單細胞藻類細胞中有7個基因組

一種50多年前收集并在實驗室中生長的單細胞藻類，原來是一個由曾經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，相關成果發表于《當代生物學》。

“據我所知，單個細胞中有7個不同的基因組是創紀錄的。” 在加拿大不列顛哥倫比亞大學進行這項研究的Emma George說。

這種藻類被稱為隱藻，是博物學家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收藏的一部分。1988年，一項顯微鏡研究揭示了這種藻類細胞中的細菌，以及一些細菌中的病毒。

受該研究啟發，George要來了一些藻類樣本，以便她的團隊對細胞內所有DNA進行測序，并識別其中的病毒和細菌。

細胞作為共生細菌的宿主并不罕見。復雜細胞被認為是在大約30億年前出現的，當時一種細菌開始在另一個簡單細胞內生存并形成了伙伴關系，這種現象被稱為內共生。這種細菌進化成產生能量的線粒體，后者存在于幾乎所有復雜細胞中。

雖然復雜細胞的主要基因組在細胞核中，但是線粒體仍然保留著小基因組。這意味著大多數動物細胞有兩個不同的基因組，每個細胞的線粒體基因組多達數千個拷貝。

大約10億年前，植物細胞通過獲得一種藍細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，隱藻并不是植物細胞。它們最初是自由游動的捕食性細胞，通過吞噬一種復雜的植物細胞——紅藻——而不是藍細菌，獲得了光合作用的能力。

這種紅藻的細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：細胞核基因組、紅藻的殘余細胞核基因組、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團隊發現，哥廷根菌株還獲得了另外兩種細菌內共生體，其中一種感染了噬菌體病毒。

“有兩個不同的內共生體，其中一個被噬菌體感染，所有這些都在一個細胞內，這太神奇了。”George說。

研究團隊將宿主細胞鑒定為Cryptomonas gyropyrenoidosa，這兩種細菌分別為Grellia numerosa和Megaira polyxenophila，感染Megaira polyxenophila的病毒為噬菌體MAnkyphage。

George認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，噬菌體感染的細菌比未感染的細菌更豐富。George說，尚不清楚噬菌體是如何在不消滅宿主細菌的情況下存活下來的，但噬菌體確實擁有可能有助于細菌與宿主相處的基因。“這一體系必須保持一種平衡。”George說。

研究復雜細胞進化的荷蘭阿姆斯特丹大學的Dave Speijer說，這項研究經過了徹底的研究，并表明宿主與其中的細菌和病毒之間的關系非常復雜。但他想知道，在現實世界中這種關系是否依然存在，還是僅僅因為細胞被保存在穩定實驗室環境中而持續存在。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.04.010