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基因產物催化甘油的產生 幫助藻類在極端環境中生存

甘油過去被用作汽車的防凍劑,它是由多種生物產生的,從酵母到脊椎動物,其中一些將其用作滲透保護劑-一種防止在咸水環境中發生危險的水分流失的分子-而另一些則將其用作防凍劑??。 。內華達大學和俄亥俄州邁阿密大學的科學家在這里表明,來自南極洲的兩種單細胞綠藻衣藻,稱為UWO241和ICE-MDV,可產生高含量的甘油,以保護它們免受滲透水的損失,并且有可能也來自凍傷。目前,已知只有另一種生物,即北極魚,將甘油用于這兩個目的。兩種物種都使用由最近發現的古代基因家族的多個拷貝編碼的酶來合成甘油。這些結果今天發表在開放獲取期刊上植物科學前沿闡明了適應的重要性,這種適應不僅使生命能夠生存,而且能夠在極端的棲息地中繁衍生息。

研究人員在南極維多利亞州麥克蘭多旱谷的永久性覆冰湖邦尼湖中采集了鹽度梯度陡峭的13至17 m深度的兩種衣藻。以前,他們表明這兩種物種都非常適應其極端棲息地,其光合作用設備適應寒冷,鹽堿和弱光條件,新型蛋白質,在低溫下發揮作用的更多的細胞膜以及可結合冰的蛋白質防止凍融損傷。

“我們的總體目標是了解微生物如何在極端環境中生存。邦尼湖的衣藻物種非常適合此類研究,因為它們暴露于許多極端條件下,包括低光照,低溫,氧化應激和高鹽度。目前的結果是第一個顯示在溫暖,咸水環境中眾所周知的微生物產生甘油,在極地地區也很重要。”通訊作者,大學生命科學學院兼職研究教授James Raymond博士說。內華達州,拉斯維加斯,美國的地圖。

在這里,作者表明,UWO241和ICE-MDV分別攜帶一個基因家族的三個和五個拷貝,該家族最近被證明可以在與溫帶氣候相關的遠距離藻類中合成甘油。他們隨后表明,在實驗室中,隨著培養基中鹽濃度從400 mM到1300 mM NaCl的增加,UWO241將其細胞內甘油的濃度穩定增加了四倍以上,大約是海水鹽度的0.8到2.5倍。他們還證明了其中一個基因拷貝的DNA-RNA轉錄平行增加,強烈表明該基因家族對于從邦尼湖的衣藻中合成甘油同樣同樣是必要和充分的。

基于蛋白質序列相似性的系統發育“家族樹”表明,該基因家族很古老,可能可以追溯到十億年前的真核生物起源,而每個物種內的多個拷貝是由于最近的基因重復產生,隨后又出現了差異隨著時間的推移。這些蛋白質包含三個區域:一個將其引導至葉綠體(光合作用的位置)的標簽,一個將分子磷酸二羥基丙酮轉化為3-磷酸甘油的結構域,以及另一個將該中間產物轉化為甘油的結構域。

“這種酶似乎可能是通過融合兩個祖先基因而產生的,一個編碼磷酸絲氨酸磷酸酶,另一個編碼NAD +依賴性甘油-3-磷酸脫氫酶。這似乎最早發生于古老的綠藻祖先, ”雷蒙德說。

雷蒙德等。強調甘油是邦尼湖衣藻中主要的(但不是唯一)滲透保護劑:細胞內糖和氨基酸的增加也有助于維持滲透平衡。衣藻也可能通過其他途徑,例如通過甘油三酸酯的降解而產生甘油。

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