<p>從熱帶到兩極，從海面到幾百英尺以下，世界上的海洋都充滿了一種最小的生物:一種叫做原綠球藻的細(xì)菌，盡管它們的體積很小，但它們共同負(fù)責(zé)海洋中相當(dāng)一部分的氧氣生產(chǎn)。但是，這些小型生物多樣化和適應(yīng)如此截然不同的環(huán)境的非凡能力仍然是一個(gè)謎。</p> <p>&nbsp;</p> <p>現(xiàn)在，新的研究表明，即使相隔很遠(yuǎn)，這些微小的細(xì)菌也可以通過一種以前沒有記錄的機(jī)制相互交換遺傳信息。這使得它們能夠傳播一整塊基因，比如那些賦予代謝某種特定營養(yǎng)物質(zhì)或抵御病毒的能力的基因，即使在它們在水中的數(shù)量相對稀少的地區(qū)也是如此。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些發(fā)現(xiàn)描述了涉及水平基因轉(zhuǎn)移的一類新的遺傳因子，在這種遺傳因子中，無論是同一物種還是不同物種，遺傳信息都是通過非直系遺傳的方式在生物體之間直接傳遞的。研究人員將進(jìn)行這種轉(zhuǎn)移的物質(zhì)稱為&ldquo;tycheposons&rdquo;，這是一種DNA序列，可以包括幾個(gè)完整的基因以及周圍的序列，并且可以自發(fā)地從周圍的DNA中分離出來。然后，它們可以通過一種或另一種可能的載體系統(tǒng)，包括細(xì)胞可以從自己的膜上產(chǎn)生的被稱為囊泡的微小氣泡，運(yùn)輸?shù)狡渌矬w內(nèi)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究包括研究來自世界各地不同生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)百個(gè)原綠球藻基因組，以及實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的不同變體樣本，甚至是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行和觀察的進(jìn)化過程，今天在《細(xì)胞》雜志上發(fā)表了一篇論文，作者是前麻省理工學(xué)院博士后Thomas Hackl和Rapha&euml;l Laurenceau，訪問博士后Markus Ankenbrand，研究所教授Sallie&ldquo;Penny&rdquo;Chisholm和麻省理工學(xué)院和其他機(jī)構(gòu)的其他16人。</p> <p>&nbsp;</p> <p>奇澤姆在1988年對這些無處不在的生物的發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮了作用，談到這些新發(fā)現(xiàn)時(shí)，他說:&ldquo;我們對此非常興奮，因?yàn)檫@是一種新的細(xì)菌水平基因轉(zhuǎn)移劑，它解釋了我們在野生原綠球藻中看到的許多模式，難以置信的多樣性。&rdquo;藍(lán)藻的微小變種現(xiàn)在被認(rèn)為是世界上最豐富的光合生物，也是所有光合作用生物中最小的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>現(xiàn)在在荷蘭格羅寧根大學(xué)工作的Hackl說，這項(xiàng)工作開始于研究來自不同地區(qū)的不同物種原綠球藻的623個(gè)已報(bào)告的基因組序列，試圖弄清楚它們?nèi)绾文軌蛉绱巳菀椎厥セ颢@得特定的功能，盡管它們明顯缺乏任何已知的促進(jìn)/促進(jìn)水平基因轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)，如質(zhì)?；虮环Q為原噬菌體的病毒。</p> <p>&nbsp;</p> <p>哈克、勞倫索和安肯布蘭德研究的是遺傳物質(zhì)的&ldquo;島嶼&rdquo;，它們似乎是變異的熱點(diǎn)，通常包含與已知的關(guān)鍵生存過程有關(guān)的基因，比如吸收必要的、通常是限制性的營養(yǎng)物質(zhì)(如鐵、氮或磷酸鹽)的能力。這些島嶼包含的基因在不同物種之間差異巨大，但它們總是出現(xiàn)在基因組的相同部分，有時(shí)甚至在差異很大的物種中也幾乎相同&mdash;&mdash;這是水平轉(zhuǎn)移的一個(gè)強(qiáng)有力的指標(biāo)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但是基因組沒有顯示出任何與所謂的移動(dòng)遺傳元件相關(guān)的通常特征，所以最初這仍然是一個(gè)謎。人們逐漸發(fā)現(xiàn)，這種基因轉(zhuǎn)移和多樣化系統(tǒng)不同于在其他生物(包括人類)中觀察到的其他幾種機(jī)制。</p> <p>&nbsp;</p> <p>哈克將他們的發(fā)現(xiàn)描述為一套類似基因樂高積木的東西，DNA塊以幾乎可以立即賦予適應(yīng)特定環(huán)境的能力的方式捆綁在一起。例如，一個(gè)受到特定營養(yǎng)物質(zhì)可用性限制的物種可以獲得增強(qiáng)這種營養(yǎng)物質(zhì)吸收所必需的基因。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些微生物似乎使用了多種機(jī)制來運(yùn)輸這些tycheposon(這個(gè)名字來源于希臘女神Tyche的名字，她是Oceanus的女兒)。一種是利用膜泡，一種從細(xì)菌細(xì)胞表面脫落的小氣泡，并在其中釋放出tycheposon。另一種方法是&ldquo;劫持&rdquo;病毒或噬菌體感染，并允許它們攜帶tycheposons和它們自己的傳染性顆粒，稱為衣殼。這些都是有效的解決方案，Hackl說，&ldquo;因?yàn)樵陂_闊的海洋中，這些細(xì)胞很少有細(xì)胞間的接觸，所以如果沒有載體，它們很難交換遺傳信息。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>果然，當(dāng)研究從公海收集的衣殼或囊泡時(shí)，&ldquo;它們實(shí)際上相當(dāng)豐富&rdquo;這些遺傳元素，哈克說。有用的遺傳編碼包&ldquo;實(shí)際上在這些細(xì)胞外顆粒中游動(dòng)，并有可能被其他細(xì)胞所吸收。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>奇澤姆說，&ldquo;在基因組學(xué)的世界里，有很多不同類型的這些元素&rdquo;&mdash;&mdash;能夠從一個(gè)基因組轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基因組的DNA序列。然而，&ldquo;這是一種新的類型。&rdquo;她說。哈克補(bǔ)充說:&ldquo;這是一個(gè)獨(dú)特的移動(dòng)遺傳元素家族。它與其他的有相似之處，但與任何一個(gè)都沒有真正緊密的聯(lián)系。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然這項(xiàng)研究是針對原綠球藻的，但Hackl說，研究小組認(rèn)為這種現(xiàn)象可能更普遍。他們已經(jīng)在其他不相關(guān)的海洋細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了類似的遺傳元素，但還沒有對這些樣本進(jìn)行詳細(xì)分析。他說:&ldquo;在其他細(xì)菌中也發(fā)現(xiàn)了類似的元素，我們現(xiàn)在認(rèn)為它們的功能可能相似。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>他說:&ldquo;這是一種即插即用的機(jī)制，在這里你可以擁有各種各樣的部件，并進(jìn)行各種不同的組合。&rdquo;&ldquo;由于原綠球藻的巨大種群規(guī)模，它可以玩耍很多，并嘗試很多不同的組合。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>克拉克大學(xué)生物學(xué)助理教授Nathan Ahlgren沒有參與這項(xiàng)研究，他說:&ldquo;tycheposons的發(fā)現(xiàn)是重要和令人興奮的，因?yàn)樗峁┝艘环N新的機(jī)制理解原綠球藻如何能夠交換新的基因，從而交換生態(tài)上重要的特征。tycheposon提供了一種新的機(jī)制解釋。&rdquo;他說:&ldquo;他們采取了一種創(chuàng)造性的方法來找出并描述這些&lsquo;隱藏&rsquo;在原綠球藻基因組中的新的遺傳元素。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>他補(bǔ)充說，基因組島，即發(fā)現(xiàn)這些tycheposons的基因組部分，&ldquo;在許多細(xì)菌中都有發(fā)現(xiàn)，而不僅僅是海洋細(xì)菌，因此未來對tycheposons的研究對我們理解細(xì)菌基因組的進(jìn)化具有更廣泛的意義。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團(tuán)隊(duì)包括麻省理工學(xué)院土木與環(huán)境工程系、德國維爾茨堡大學(xué)、夏威夷大學(xué)馬諾阿分校、俄亥俄州立大學(xué)、加州牛津納米孔技術(shù)大學(xué)、緬因州畢格羅海洋科學(xué)實(shí)驗(yàn)室和韋爾斯利學(xué)院的研究人員。這項(xiàng)工作得到了西蒙斯基金會(huì)、戈登和貝蒂&middot;摩爾基金會(huì)、美國能源部和美國國家科學(xué)基金會(huì)的支持。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>