2022年10月3日
新发现的有性生殖过程加深了对植物和藻类进化的理解信息和系统研究组织
科学家发现了微藻的有性繁殖过程，这有助于他们更好地了解藻类和植物的进化。鸣谢:ROIS国家遗传学研究所的俊介·广冈和宫岛信也
科学家发现了微藻的有性繁殖过程，这有助于他们更好地了解藻类和植物的进化。他们的发现可能导致微藻新的工业应用，从废水处理到食品配料和色素的生产。
日本研究小组将他们的发现发表在美国国家科学院学报，2022年10月3日。
该小组对Galdieria进行了研究，Galdieria是一种单细胞的红藻微藻，发现于硫酸 温泉并有望成为人类重要的营养来源。微藻具有高二氧化碳固定能力。这种固定是二氧化碳转化为有机化合物的过程。微藻的固定能力高于植物，微藻含有更高浓度的蛋白质、维生素和色素。近年来，研究人员和企业一直致力于开发快速生长的Galdieria，将其作为维生素和色素的工业来源。
Galdieria是非常多才多艺的，能够利用光和二氧化碳通过光合作用制造自己的能量。它混合使用不同来源的能量和碳，并通过消耗胞外糖或糖醇来获取营养。与许多其他微藻相比，Galdieria还能够耐受更高水平的盐和重金属。然而Galdieria的基因组非常小。
由于Galdieria的多功能性，科学家认为它是生物技术应用的新兴系统。然而，由于Galdieria被一层厚厚的、坚硬的细胞壁它需要高能量的物理处理来提取其细胞内容物。细胞壁也阻碍了对高尔基体的基因改造。
在他们的研究中，研究小组了解到已知的细胞壁形式的Galdieria是二倍体，一种包含两套完整染色体的细胞。然而，当这些二倍体暴露在特定的环境中时，就会产生无细胞壁的单倍体，而无细胞壁的单倍体只含有一组染色体。
为了进一步研究，该小组成功地稳定繁殖了无细胞壁的单倍体，并将单倍体转化回二倍体。“因此，我们发现了在藻类和植物进化早期出现的微藻有性繁殖过程，”日本国家遗传学研究所的项目助理教授俊介·广冈说
“我们通过使用无细胞壁单倍体成功开发了Galderia的遗传修饰技术。该方法能够产生不含任何工业用异源DNA序列的“自我克隆”品系。例如，我们已经成功培育出蓝色藻类(蓝色是藻蓝蛋白的颜色，藻蓝蛋白在某些食品中被用作天然蓝色着色剂)，这种藻类在自然界中并不存在，”日本国家遗传学研究所教授Shin-ya Miyagishima说。
该小组的发现意义重大，因为尽管在一些动物中也发现了有性生殖单细胞藻类作为植物的祖先，有性生殖从未在进化早期出现的许多单细胞藻类中发现过。“这些单细胞藻类一直被认为只能通过细胞分裂，或者无性生殖，藻类和植物有性生殖的起源和进化过程一直不清楚，”Hirooka说。
展望未来，研究人员相信他们的发现将有助于进一步阐明进化过程和起源有性生殖藻类和植物中。该团队的发现有可能开启微藻Galdieria令人兴奋的未来用途。
“这项研究中发现的单倍体与二倍体具有相同的生长潜力，其内容可以很容易地提取和遗传修饰，这有利于工业用途并且有望创造出先进的微（肉眼看不见的）藻类利用，如含疫苗的饲料利用藻类表达病毒蛋白作为抗原，”宫岛说。
进一步探索
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更多信息:Hirooka，俊介等，单细胞红藻Galdieria的生命周期和功能基因组学，用于阐明藻类和植物的进化和工业用途，美国国家科学院学报 (2022). DOI:10.1073/PNAS。56676.86868686666. doi.org/10.1073/pnas.2210665119
由信息与系统研究机构提供
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