研究人員重新定義了細胞巨頭的起源
在自然出版的一項新研究中,由瑞典烏普薩拉大學領導的一個國際研究小組提出了線粒體的新進化起源 - 也被稱為“細胞的發(fā)電站”。線粒體是能量轉(zhuǎn)換細胞器,它們在地球上復雜細胞生命的出現(xiàn)中發(fā)揮了關鍵作用。
線粒體是必需的細胞器,以燃料電池的能量轉(zhuǎn)換反應而聞名。線粒體代表真核細胞的重要標志 - 這些包括所有復雜細胞類型,包括動物,植物,真菌等 - 基本上所有多細胞生物。所有真核細胞都具有(或曾經(jīng)有)線粒體的事實表明這些細胞器的起源可能在復雜的真核細胞的進化出現(xiàn)中發(fā)揮了重要作用。過去幾十年的證據(jù)強烈支持線粒體通過內(nèi)共生進化,這是一種宿主細胞攝取自由生活細菌的過程。然而,線粒體祖先的身份以及內(nèi)共生的性質(zhì)是激烈爭論的主題。
“以前的工作提供了強有力的證據(jù),證明線粒體與稱為Alphaproteobacteria的細菌群有關,”烏普薩拉大學的博士后研究員,該研究的第一作者Joran Martijn說。“從哪個alphaproteobacterial譜系線粒體進化尚不清楚 - 不同的研究指出了完全不同的alphaproteobacterial群。為了解線粒體的起源,還有真核生物的起源,了解線粒體祖先的身份至關重要。”
一些科學家提出,線粒體是從立克次氏體進化而來的,立克次氏體是一種寄生的細菌,與線粒體一樣,生活在真核細胞內(nèi),通常完全依賴宿主細胞生存。其最著名的成員,立克次氏體(Rickettsia prowazekii),是一種臭名昭著的人類病原體,可引起斑疹傷寒。
“我們認為,對于線粒體祖先的身份缺乏共識有兩個主要原因,”烏普薩拉大學細胞與分子生物學系研究員Thijs Ettema說,他領導該團隊開展這項研究。“首先,現(xiàn)在的親屬可能還沒有被發(fā)現(xiàn) - 如果它們甚至還存在的話。其次,重建線粒體的進化歷史是極具挑戰(zhàn)性的,并且很容易導致非常不同的因此相互矛盾的結(jié)果“。
烏普薩拉團隊試圖通過采用大膽的方法解決這一僵局。通過分析來自太平洋和大西洋的大量環(huán)境測序數(shù)據(jù),他們設法確定了幾個以前未被識別的α蛋白質(zhì)組。利用新開發(fā)的方法,該團隊設法重建了40多個alphaproteobacteria的基因組,屬于12個不同的群體。
“這些新發(fā)現(xiàn)的alphaproteobacteria的擴展基因組基本上幫助我們確定了線粒體的位置,”Martijn說。“我們希望通過在我們的分析中使用更平衡的一組alphaproteobacteria,我們可以克服以前研究中遇到的一些問題。”
出乎意料的是,他們的分析支持了線粒體的新位置,現(xiàn)在它被放置在Alphaproteobacteria之外。
這些結(jié)果表明,線粒體不是目前公認的任何α蛋白細菌群的最親近的,包括立克次氏體。相反,線粒體從祖先進化而來,后來產(chǎn)生了所有目前公認的Alphaproteobacteria。
“我們懷疑流行的立克次氏體相關的線粒體血統(tǒng)是一種方法論假象的結(jié)果。”Martijn解釋道。“線粒體和立克次氏體在非常相似的條件下進化,這可能導致非常相似但獨立的進化模式和序列模式。這反過來可能使先前確定線粒體進化起源的工作復雜化。”
該研究未能確定線粒體祖先的任何現(xiàn)今親屬。
“當然,這有點令人失望,”埃特瑪說。“但也許我們一直在尋找錯誤的地方。在這項研究中,我們專注于海洋水域,因為眾所周知這些水域含有大量無特征的alphaproteobacteria。”
Ettema和他的團隊將繼續(xù)尋找線粒體親屬。“解開線粒體的起源是了解復雜生命起源的關鍵。如果現(xiàn)代線粒體親屬仍然存在,我相信我們會在某些時候找到它們。”
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