編者按：每個(gè)人都活在自己認(rèn)知的世界中并把它稱之為真實(shí)。但人的認(rèn)知總有偏差，而真實(shí)的世界究竟是怎樣？德爾菲神廟是希臘最有名望的神示所，正門上書：‘認(rèn)識(shí)自己’。藻類作為光合作用的先行者，早在太古代就已經(jīng)在地球上留下了存在的痕跡。藻類促進(jìn)了生命的演化，見證了時(shí)代的變遷。但我們對(duì)藻類的了解還太少太少，為了讓大家認(rèn)識(shí)藻類,了解藻類，本公眾號(hào)特推出《藻類科普》系列，特邀作者JQK以藻類自己的視野分別對(duì)藍(lán)藻、綠藻、硅藻、甲藻、金藻進(jìn)行介紹，請(qǐng)大家多多支持。大家如果有更好的建議，也歡迎多和小編交流討論。

本文轉(zhuǎn)自：藻類產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新

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盡管它們是環(huán)境中的關(guān)鍵物種，但由于其龐大而復(fù)雜的基因組，它們長(zhǎng)期以來(lái)一直被誤解。單個(gè)甲藻可能在其大核中具有12至400個(gè)染色體。相比之下，人類有23對(duì)，共46對(duì)?？茖W(xué)家們能夠?qū)⒎肿?，化石和生物地球化學(xué)證據(jù)結(jié)合起來(lái)，繪制數(shù)百萬(wàn)年來(lái)甲藻進(jìn)化的主要標(biāo)志，從而為其進(jìn)化提供了一個(gè)修正的模型。

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馬里蘭大學(xué)環(huán)境科學(xué)中心的分子遺傳學(xué)家Tsvetan Bachvaroff表示，“繪制甲藻的進(jìn)化從未成功地進(jìn)行過(guò)如此規(guī)模的研究?！?他為巴爾的摩海洋與環(huán)境技術(shù)研究所生長(zhǎng)的兩種寄生性甲藻提供了樣品。“現(xiàn)在我們了解它們是如何相關(guān)的，它們看起來(lái)是什么樣的，”他說(shuō)“這是他們的基因組靈活性，這使他們有了進(jìn)化的優(yōu)勢(shì)。”“這項(xiàng)工作為甲藻的發(fā)展提供了重要的新見解，我們很高興Bachvaroff博士能夠?yàn)檫@項(xiàng)研究做出重大貢獻(xiàn)，”海洋與環(huán)境技術(shù)研究所所長(zhǎng)Russell Hill說(shuō)。

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研究發(fā)現(xiàn)，非光合甲藻，那些不利用太陽(yáng)光來(lái)合成由二氧化碳和水的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，保留了質(zhì)具有重要的代謝功能，一(在植物和藻類的細(xì)胞重要的化學(xué)化合物的生產(chǎn)基地)這可能是甲藻發(fā)光的進(jìn)化來(lái)源。

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“那甲藻多樣性在內(nèi)的所有自由生活的異養(yǎng)的一大塊都保留殘質(zhì)的預(yù)測(cè)說(shuō)明了如何鮮為人知，他們是和可以幫助我們更好地了解海洋等領(lǐng)域的角色，說(shuō)：”該研究報(bào)告的主要作者，揚(yáng)Janouskovec倫敦大學(xué)學(xué)院。

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這些發(fā)現(xiàn)可以更好地了解生物發(fā)光的工作原理，如何關(guān)閉有害的紅潮，或者如何通過(guò)觀察巖石中的化石甲藻來(lái)識(shí)別富含油的區(qū)域?！八麄冞`反了達(dá)爾文進(jìn)化論的基本規(guī)則。他們傾向于從不同的地方借用基因，”巴赫瓦羅夫說(shuō)。“海洋就像這個(gè)巨大的零件目錄，你可以從中獲取基因并使用它們?？梢詮沫h(huán)境中獲取基因的生物具有選擇性優(yōu)勢(shì)?！?/span>

Symbiodinium kawagutii。 圖片來(lái)源：Scott R. Santos / Auburn大學(xué)。

Symbiodinium kawagutii是一種重要的內(nèi)共生體- 一種生活在另一種生物體內(nèi)的有機(jī)體 – 珊瑚礁。

“這對(duì)珊瑚來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，珊瑚依賴于甲藻的光合作用來(lái)獲取糖和營(yíng)養(yǎng)成分的來(lái)源，”林博士解釋說(shuō)。

“沒(méi)有它，珊瑚漂白，不能生長(zhǎng)，通常會(huì)死亡。但這種關(guān)系似乎對(duì)甲藻不是必不可少的，盡管來(lái)自珊瑚宿主的代謝廢物在營(yíng)養(yǎng)貧乏的海洋生境中提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)供給。“

來(lái)自新加坡，丹麥，沙特阿拉伯，美國(guó)，加拿大和中國(guó)的Lin博士及其同事分析了Symbiodinium kawagutii的整個(gè)基因組，并將其與更好理解的相關(guān)生物的遺傳密碼進(jìn)行了比較。

據(jù)科學(xué)家稱，共生藻(Symbiodinium kawagutii)的共生體基因組非常龐大。

它的基因組包含大約1,180兆堿基 – 這是11.8億個(gè)堿基對(duì)的DNA字母。

通常內(nèi)共生體，以及與鞭毛蟲密切相關(guān)的瘧疾等寄生蟲，取決于它們宿主的細(xì)胞機(jī)制，缺乏許多自由生物體所具有的基因。

“那么為什么Symbiodinium kawagutii有這么多?這是我們不理解的謎團(tuán)，“林博士說(shuō)。

研究人員發(fā)現(xiàn)了一些令人驚訝的事情例如，他們發(fā)現(xiàn)了與有性生殖有關(guān)的基因。與其他甲藻類似，共生藻類通常無(wú)性繁殖。

單一的甲藻可以簡(jiǎn)單地分成兩半。但是當(dāng)甲藻變成囊腫時(shí)，它們首先會(huì)進(jìn)行性繁殖，將其遺傳物質(zhì)與其他物質(zhì)混合，也許是希望一些后代能夠獲得更適合壓力環(huán)境的特性。

然而，在其他甲藻中從未發(fā)現(xiàn)過(guò)性相關(guān)基因。這一發(fā)現(xiàn)表明該物種確實(shí)生活在珊瑚中。

林博士和合著者也發(fā)現(xiàn)這個(gè)物種有一個(gè)基因調(diào)控系統(tǒng)，看起來(lái)它可以調(diào)節(jié)珊瑚中的某些基因。

換句話說(shuō)，甲藻可能正在操縱宿主的基因表達(dá)，使自己的條件更加舒適。

“我們發(fā)現(xiàn)的遺傳證據(jù)非常暗示，共生川芎在其共生歷史過(guò)程中改變了其基因組成，以更好地適應(yīng)特定宿主的生活，并應(yīng)對(duì)氣候變化和污染帶來(lái)的壓力，”林博士說(shuō)。“科學(xué)”雜志上一篇論文的第一作者。

了解甲藻的共生基因組Symbiodinium kawagutii將有助于科學(xué)家更好地了解其他甲藻。

研究表明，細(xì)胞的增殖、生長(zhǎng)乃至種群的增長(zhǎng)速率均受到細(xì)胞周期的調(diào)控，而細(xì)胞周期調(diào)節(jié)的失控則會(huì)引起細(xì)胞異常增殖和快速生長(zhǎng)（Nurse P., 1994）。在真核細(xì)胞中，細(xì)胞周期通常分為G1，S，G2和M四個(gè)期（圖1.4），細(xì)胞周期時(shí)間長(zhǎng)短主要取決于G1期，而S、M和G2三個(gè)期則相對(duì)恒定。在各細(xì)胞周期均存在一關(guān)鍵檢驗(yàn)點(diǎn)，如G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)，S期檢驗(yàn)點(diǎn)、G2/M檢驗(yàn)點(diǎn)和中-后期檢驗(yàn)點(diǎn)，這些檢驗(yàn)點(diǎn)是細(xì)胞周期調(diào)控的一種機(jī)制，確保周期每一時(shí)相事件有序、全部完成并與外界環(huán)境因素相聯(lián)系。當(dāng)細(xì)胞處于不適生長(zhǎng)環(huán)境中，如受到光和營(yíng)養(yǎng)鹽限制時(shí)，細(xì)胞暫時(shí)脫離細(xì)胞周期，進(jìn)入G0期，此時(shí)細(xì)胞停止分裂，但具備一定的生物學(xué)功能，在適當(dāng)?shù)拇碳は驴芍匦逻M(jìn)入細(xì)胞周期，進(jìn)行細(xì)胞分裂（翟中和等, 2006）。

盡管在真核生物各物種間存在一定的差異，但最基本的調(diào)控機(jī)制是相同的，都是通過(guò)依賴細(xì)胞分裂蛋白的蛋白激酶（Cyclin-dependent kinases, CDKs）與相應(yīng)的細(xì)胞分裂蛋白（Cyclin）形成復(fù)合體而促使細(xì)胞進(jìn)入并完成細(xì)胞分裂過(guò)程的（Nigg E. A., 1995）。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞周期蛋白中CycD是細(xì)胞周期運(yùn)行的起始因子，同時(shí)又是生長(zhǎng)因子感受器，控制細(xì)胞G1期向S期過(guò)渡。有研究表明，煙草細(xì)胞中CycD2的過(guò)量表達(dá)可特別地加速G1期，明顯縮短細(xì)胞從G1期進(jìn)入Ｓ期的時(shí)間，煙草植株的生長(zhǎng)速率和生物量累積加速，開花期也大大提前（Cockcroft C.E. et al., 2000）。在腫瘤細(xì)胞中CycD的過(guò)量表達(dá)可激活CDK4和CDK6的活性，縮短G1期，一定程度上降低細(xì)胞增殖對(duì)有絲分裂原的依賴，造成細(xì)胞周期調(diào)節(jié)失控和細(xì)胞的異常增殖，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生（Motokura T. et al., 1991）。甲藻赤潮的爆發(fā)性增殖可能與細(xì)胞內(nèi)參與細(xì)胞周期調(diào)控蛋白的異常表達(dá)有關(guān)，從而引起細(xì)胞周期紊亂，導(dǎo)致細(xì)胞異常增殖。因而開展赤潮甲藻細(xì)胞周期調(diào)控蛋白及調(diào)節(jié)機(jī)制研究可能有助于揭示甲藻赤潮的爆發(fā)機(jī)理。

目前一些細(xì)胞周期蛋白和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶已在有害赤潮生物中被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。Leveson et al.（1999）在Gymnodinium catenatum和Amphidinium carterae中發(fā)現(xiàn)了一種類似增殖細(xì)胞核抗原（Proliferating cell nuclear antigen, PCNA）的蛋白，它在細(xì)胞周期的S期達(dá)到最大值，可能起著調(diào)節(jié)細(xì)胞DNA復(fù)制的作用。Lin等（2000）在赤潮生物Aureococcus anophagefferens中發(fā)現(xiàn)了一種類似細(xì)胞周期蛋白B的蛋白質(zhì)，它調(diào)節(jié)細(xì)胞周期從G2期向M期轉(zhuǎn)化。Barbier等（2000）在赤潮生物K. brevis中也發(fā)現(xiàn)了類似的蛋白。Van Dolah等（1995）在岡比亞藻Gambierdiscus toxicus中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶-CDK2，該酶的表達(dá)貫穿整個(gè)細(xì)胞周期，但只是在暗周期的后期表現(xiàn)活力。此外，一些真核細(xì)胞周期調(diào)控因子，如周期蛋白依賴性蛋白激酶和相關(guān)的組蛋白激酶活性也已在赤潮生物中檢測(cè)到Chan K.L. et al., 2002; Lam C.M.C. et al., 2001）。

這些研究表明，細(xì)胞周期蛋白可能在細(xì)胞周期調(diào)節(jié)及赤潮爆發(fā)過(guò)程中起著重要的作用，它們通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程，特別是G1期向S期的進(jìn)程，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞的分裂、增殖。因而通過(guò)研究甲藻赤潮爆發(fā)過(guò)程中細(xì)胞周期調(diào)控基因和蛋白水平對(duì)揭示赤潮爆發(fā)的分子機(jī)制具有重要意義。