<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菌，盡管它們的體積很小，但它們共同負責海洋中相當一部分的氧氣生產(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謎。</p> <p>&nbsp;</p> <p>現(xiàn)在，新的研究表明，即使相隔很遠，這些微小的細菌也可以通過一種以前沒有記錄的機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)，包括細胞可以從自己的膜上產(chǎn)生的被稱為囊泡的微小氣泡，運輸?shù)狡渌矬w內(nèi)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究包括研究來自世界各地不同生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)百個原綠球藻基因組，以及實驗室培養(yǎng)的不同變體樣本，甚至是在實驗室進行和觀察的進化過程，今天在《細胞》雜志上發(fā)表了一篇論文，作者是前麻省理工學院博士后Thomas Hackl和Rapha&euml;l Laurenceau，訪問博士后Markus Ankenbrand，研究所教授Sallie&ldquo;Penny&rdquo;Chisholm和麻省理工學院和其他機構(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，他說:&ldquo;我們對此非常興奮，因為這是一種新的細菌水平基因轉(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;藍藻的微小變種現(xiàn)在被認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工作的Hackl說，這項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個已報告的基因組序列，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/促進水平基因轉(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，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)移的一個強有力的指標。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但是基因組沒有顯示出任何與所謂的移動遺傳元件相關(guān)的通常特征，所以最初這仍然是一個謎。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，一個受到特定營養(yǎng)物質(zhì)可用性限制的物種可以獲得增強這種營養(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制來運輸這些tycheposon(這個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，一種從細菌細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;因為在開闊的海洋中，這些細胞很少有細胞間的接觸，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，當研究從公海收集的衣殼或囊泡時，&ldquo;它們實際上相當豐富&rdquo;這些遺傳元素，哈克說。有用的遺傳編碼包&ldquo;實際上在這些細胞外顆粒中游動，并有可能被其他細胞所吸收。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>奇澤姆說，&ldquo;在基因組學的世界里，有很多不同類型的這些元素&rdquo;&mdash;&mdash;能夠從一個基因組轉(zhuǎn)移到另一個基因組的DNA序列。然而，&ldquo;這是一種新的類型。&rdquo;她說。哈克補充說:&ldquo;這是一個獨特的移動遺傳元素家族。它與其他的有相似之處，但與任何一個都沒有真正緊密的聯(lián)系。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然這項研究是針對原綠球藻的，但Hackl說，研究小組認為這種現(xiàn)象可能更普遍。他們已經(jīng)在其他不相關(guān)的海洋細菌中發(fā)現(xiàn)了類似的遺傳元素，但還沒有對這些樣本進行詳細分析。他說:&ldquo;在其他細菌中也發(fā)現(xiàn)了類似的元素，我們現(xiàn)在認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制，在這里你可以擁有各種各樣的部件，并進行各種不同的組合。&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>克拉克大學生物學助理教授Nathan Ahlgren沒有參與這項研究，他說:&ldquo;tycheposons的發(fā)現(xiàn)是重要和令人興奮的，因為它提供了一種新的機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;在許多細菌中都有發(fā)現(xiàn)，而不僅僅是海洋細菌，因此未來對tycheposons的研究對我們理解細菌基因組的進化具有更廣泛的意義。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團隊包括麻省理工學院土木與環(huán)境工程系、德國維爾茨堡大學、夏威夷大學馬諾阿分校、俄亥俄州立大學、加州牛津納米孔技術(shù)大學、緬因州畢格羅海洋科學實驗室和韋爾斯利學院的研究人員。這項工作得到了西蒙斯基金會、戈登和貝蒂&middot;摩爾基金會、美國能源部和美國國家科學基金會的支持。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>