具有不寻常细胞生物学的微藻
单细胞海洋藻类中哪些分子过程会导致有害的藻华?由德国奥尔登堡大学微生物学家 Ralf Rabus 博士教授领导的研究小组利用先进的显微镜和蛋白质组学方法，首次对原甲藻(一种全球广泛分布的甲藻类物种)的异常细胞生物学进行了详细分析。 。正如研究小组在科学杂志《植物生理学》上报告的那样，这些微生物的光合作用过程以一种不寻常的结构组织，这可能有助于它们更好地适应海洋中不断变化的光照条件。该研究的结果可能有助于更好地了解有害藻华的发生率，由于气候变化，有害藻华可能变得更加频繁。
甲藻是海洋和淡水生态系统中的重要生物。这些单细胞生物构成了自由生活的浮游植物的很大一部分，构成了海洋和湖泊食物网的基础。包括原甲藻在内的一些物种可以在温暖、营养丰富的水域中增殖并形成有害的藻华。拉布斯说：“我们研究这种生物体是因为尽管它与环境相关，但人们对它的细胞生物学和代谢生理学仍然知之甚少。” 除了研究微藻的光合作用之外，研究人员还与汉诺威大学、不伦瑞克大学和慕尼黑大学的团队合作，检查了微藻的细胞核结构及其对热应激的反应，并在最近发表的另外两篇论文中阐述了这些发现。
由 Rabus 和来自海洋环境化学与生物学研究所 (ICBM) 的主要作者 Jana Kalvelage 领导的团队在慕尼黑路德维希马克西米利安大学使用具有聚焦离子束的强大扫描电子显微镜，能够重建这三个叶绿体的三维结构，光合作用发生的地方。科学家们能够生成单个藻类细胞的大约 600 个图像层，然后将这些切片组合起来，创建椭圆形单细胞生物体的三维高分辨率空间图像，该图像通常约为千分之 10 至 20一毫米长。分析显示，原甲藻只有一个桶状叶绿体，占细胞体积的 40%。
蛋白质组学(蛋白质)分析揭示了微藻的光合装置与拟南芥(一种在遗传学研究中经过充分研究的模型植物)之间的显着差异。在这两个物种中，光合作用都发生在叶绿体广泛的膜系统中嵌入的复杂蛋白质结构中。然而，在原甲藻中，研究小组观察到，太阳能转化为生化能发生在由大量蛋白质组成的单个大型结构中，称为“巨型复合体”，而在植物物种的叶绿体中，发生光合作用的不同步骤在空间上分离的结构中。研究小组还报告说，P. cordatum使用大量不同的色素结合蛋白来有效捕获太阳能。拉布斯解释说：“这种多样性是对生物体暴露在海洋中不断变化的光照条件的特殊适应。”
去年发表的另外两项研究强调了微藻不同寻常的生物学特性：在第一项研究中，洲际弹道导弹研究人员也是德国-澳大利亚研究小组的成员，发现这种生物体具有非常大的基因组，其碱基对数量是人类的两倍。研究小组还发现，藻类会改变它们的新陈代谢，并且它们的生长速度会因热应激而减慢。在第二份出版物中，Rabus 和 Kalvelage 领导的团队更详细地描述了细胞核，报告说P. cordatum有 62 条染色体，数量异常高，几乎充满了整个细胞核。研究小组观察到，研究人员发现的大部分核蛋白的功能目前尚不清楚。
“我们研究了这种重要的微藻如何在分子水平上发挥作用。这些发现为更好地了解其在环境中的作用奠定了基础，”拉布斯强调。他解释说，进一步的研究可以回答一些问题，例如生物体的新陈代谢如何对其他应激因素做出反应，以及为什么该物种能够适应从热带到温带气候的如此广泛的环境条件。
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