在90℃高溫中“裸奔”？華大解析平藻綱的超級(jí)生命力
2022/05/19一直以來(lái)，科學(xué)家把綠色植物分為鏈形植物和綠藻門兩大分支，2020年華大聯(lián)合國(guó)際科學(xué)家發(fā)現(xiàn)綠色植物的第三個(gè)分支“華藻門”，改寫了植物演化的家族譜系。
裸藻是一類單細(xì)胞原生生物，在地球上已生存超5億年時(shí)間，其眼蟲藻綱于17世紀(jì)被列文虎克最先發(fā)現(xiàn)。因其細(xì)胞外面沒有細(xì)胞壁，故被植物學(xué)家稱為“裸藻”。
此次發(fā)表的研究中以小型平藻（Pedinomonas minor）為材料，該藻屬綠藻門中的平藻綱，棲息在淡水環(huán)境中，沒有細(xì)胞壁，只被質(zhì)膜包圍，是一種極具代表性的單細(xì)胞“裸藻”生物。
特別的是，小型平藻可以在經(jīng)常干涸的棲息地生存，并從容應(yīng)對(duì)高溫、強(qiáng)光、干燥等外界環(huán)境的波動(dòng)。據(jù)此前研究發(fā)現(xiàn)，小型平藻的孢囊可以在90℃的溫度下存活1小時(shí)而不喪失活力，其營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞在35－40℃的溫度下存活15分鐘而不喪失活力。
研究團(tuán)隊(duì)首先通過系統(tǒng)發(fā)育學(xué)與比較基因組學(xué)分析，明確了小型平藻及其所在平藻綱位于綠藻核心群分支的基部位置。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)小型平藻自身基因組的一段特殊區(qū)域推測(cè)，由于被一種古老的核質(zhì)大DNA病毒（NCLDVs）感染，小型平藻基因組中整合了病毒序列及其攜帶的外源基因序列，其在小型平藻基因組的進(jìn)化過程中發(fā)揮了重要的作用。
探究小型平藻如何適應(yīng)外界環(huán)境壓力是本研究最關(guān)注的問題之一。通過與其它代表性綠藻物種的基因家族比較分析，研究發(fā)現(xiàn)小型平藻基因組中有4個(gè)與壓力相關(guān)基因家族發(fā)生明顯擴(kuò)張，并鑒定了小型平藻編碼的嗜熱蛋白酶和轉(zhuǎn)錄因子HSF分別是通過細(xì)菌和真菌水平基因轉(zhuǎn)移而獲得。
為進(jìn)一步探究小型平藻應(yīng)對(duì)非生物脅迫的響應(yīng)機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該物種分別施加干燥、高溫和強(qiáng)光三種壓力，并進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析。研究結(jié)果表明，不同壓力處理下小型平藻在不同通路的部分基因均發(fā)生了表達(dá)上的明顯變化。
本次研究結(jié)合比較基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組的分析，揭示了“裸藻”小型平藻應(yīng)對(duì)環(huán)境壓力的分子機(jī)制——核質(zhì)大DNA病毒感染這一古老的整合事件使小型平藻獲得一些重要的外源性基因資源，包括一些重要的抗性基因，它們?cè)谵D(zhuǎn)座子的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行了擴(kuò)增，進(jìn)而幫助小型平藻可以適應(yīng)外界波動(dòng)的環(huán)境壓力和應(yīng)對(duì)如強(qiáng)光、干燥和高溫等一系列非生物脅迫。
中國(guó)科學(xué)院大學(xué)華大基因?qū)W院在讀博士徐妍為該論文第一作者。深圳華大生命科學(xué)研究院農(nóng)業(yè)基因組學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉歡、王思博，德國(guó)馬普所Micheal Melkonian為論文共同通訊作者。該項(xiàng)目得到廣東省高通量基因組測(cè)序與合成編輯應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃項(xiàng)目支持。