對于第二次世界大戰(zhàn)的士兵來說，“多佛的白崖”是一首鼓舞士氣的歌曲，在黑暗時(shí)期提升了精神。對于地理學(xué)家來說，白色懸崖標(biāo)志著英格蘭最接近歐洲大陸的地方。對于科學(xué)家來說，白色懸崖是由白堊白色貝殼制成的高聳結(jié)構(gòu)，包裹著被稱為Emiliania huxleyi的單細(xì)胞光合藻類 。“ Ehux” 是一種coccolithophore，外骨骼由碳酸鈣制成。盡管藻類“盔甲”形成的過程釋放出二氧化碳，但 Ehux 可以捕獲多達(dá)20%的有機(jī)碳，這些有機(jī)碳來源于某些海洋生態(tài)系統(tǒng)。

Ehux 及其兄弟是大多數(shù)海洋食物鏈的基礎(chǔ)。浮游植物生物量超過所有海洋動(dòng)物的總和。的活動(dòng) Ehux 如硅藻和其他一些浮游植物影響氣候過程，如通過反射太陽光，并通過碳代謝降低海洋溫度。它的多功能性有助于從二氧化碳中初步生產(chǎn)有機(jī)化合物或增加二氧化碳排放，使得Ehux 成為海洋碳循環(huán)的重要參與者。由能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)統(tǒng)計(jì)，將 Ehux 基因組與來自其他藻類分離物的序列和6月12日出版的“ 自然”雜志上報(bào)道的結(jié)果。

“在光合作用和鈣化期間，二氧化碳被固定，”加州州立大學(xué)圣馬科斯生物科學(xué)教授Betsy Read說，他領(lǐng)導(dǎo)了來自十幾個(gè)國家的75名研究人員的大型國際財(cái)團(tuán)，他們探索了 Ehux 和本文的第一作者。“它也在鈣化過程中釋放，但我們不知道這種釋放如何平衡當(dāng)Ehux 沉入海底時(shí)埋藏的二氧化碳量 。這是一個(gè)重要但尚未解決的問題。“

作為第三個(gè)最豐富的浮游植物群的一部分，在硅藻和甲藻的背后， 由DOE JGI測序的 Ehux菌株是從南太平洋分離出來的，是coccolithophores的第一個(gè)參考基因組。由于Ehux基因組的復(fù)雜性和大小，該項(xiàng)目花費(fèi)的時(shí)間比預(yù)期的要長 。最初估計(jì)約有3000萬個(gè)堿基，更接近硅藻，但基因組最終接近1.41億個(gè)堿基。從與DOE JGI合作超過十年的個(gè)體調(diào)查員開始，該團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)強(qiáng)大的用戶社區(qū)，以完成項(xiàng)目。

“由于規(guī)模和固有的復(fù)雜性，基因組中成為被稱為‘野獸’并沒有從DOE JGI，該項(xiàng)目將不會(huì)被完成史詩般的堅(jiān)持和堅(jiān)定承諾，”讀，誰提出的測序說 Ehux 回在2002年。

隨著下一代測序技術(shù)的出現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)?3種Ehux菌株進(jìn)行比較， 揭示出有史以來第一個(gè)藻類“泛基因組” .Ehux 并不是一個(gè)具有統(tǒng)一基因組的明確定義的“物種”，而是一個(gè)更加分散的基因組群落 - 一個(gè)“泛基因組” - 不同的個(gè)體擁有共同的“核心”基因，但補(bǔ)充了被認(rèn)為有助于應(yīng)對當(dāng)?shù)丨h(huán)境特殊挑戰(zhàn)的不同基因集。

“Ehux 在海洋中廣泛的物理化學(xué)條件下茁壯成長，”該論文的資深作者Igor Grigoriev說道，他的DOE JGI團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)了基因組注釋和分析。“這是一個(gè)復(fù)雜的基因組，有許多基因和重復(fù)，是對植物的第一個(gè)參考，并填補(bǔ)了真核生命樹中的另一個(gè)空白。令人驚奇的是，當(dāng)您需要顯微鏡才能看到這種優(yōu)雅的雕刻微生物時(shí)，您可以從外太空看到在Ehux 綻放期間大面積海洋反射的光線 。

研究小組發(fā)現(xiàn)了Ehux 基因組的變異性， 這有助于解釋藻類在赤道到亞北極海洋中茁壯成長的能力，并導(dǎo)致春季和夏季的藻類大量繁殖，可以覆蓋數(shù)十萬平方公里。

“ Ehux 是主要的綻放形成的coccolithophore，并且在貧營養(yǎng)海洋中很豐富 - 那些幾乎沒有維持生命的海洋 - 因此它們對全球碳循環(huán)產(chǎn)生了很大的影響，”Read和她的同事寫道。“到目前為止，分離株之間相當(dāng)大的生理和形態(tài)變異的潛在機(jī)制一直難以捉摸。我們提出的證據(jù)表明，這種能力可以部分地通過其泛基因組來解釋，這是據(jù)報(bào)道被認(rèn)為是單一微生物真核藻類物種的第一種。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，核心基因組包括允許Ehux 在低水平磷中生長并吸收和分解富含氮的化合物的基因 。此外，藻類基因組提供了Ehux 可能參與全球硫循環(huán)的暗示， 因?yàn)樗軌虍a(chǎn)生可影響云形成并因此影響氣候的化合物。Ehux 生產(chǎn)化合物的條件 和合成的量是研究人員期待跟進(jìn)的問題。

“該物種的高度多樣性表明單一菌株不太可能是典型的 - 或代表所有菌株，”該團(tuán)隊(duì)指出。“浮游植物分離株的未來測序?qū)⒔沂具@一發(fā)現(xiàn)是否是微藻中獨(dú)特或更常見的特征?？傊?，E. huxleyi的生理能力和基因組可塑性 使其成為研究物種形成和適應(yīng)全球氣候變化的有力模型。“

除了使用DNA更好地了解藻類在地球碳和硫循環(huán)中的作用外，Read和她同事們看到了Ehux的可用性 基因組序列是解開控制碳酸鈣殼的成核，生長和納米級圖案化的分子機(jī)制的重要的第一步。“我們有一些線索，”她說，“但更難的是，參與鈣化的蛋白質(zhì)在生物礦化物種中是不保守的，那些可以生長成復(fù)合材料的物種。我們迫切需要的是鑒定基因是遺傳轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。包括我自己在內(nèi)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室正在積極研究這個(gè)問題。“

Read補(bǔ)充說，識別這一過程中涉及的基因和蛋白質(zhì)，可以為與骨替代，牙周重建，傳感系統(tǒng)，光電器件和疾病治療相關(guān)的應(yīng)用設(shè)計(jì)新的復(fù)合材料和器件。