具有不同寻常细胞生物学特性的微藻

在有害藻华中发现的一种全球分布的单细胞生物表现出一种不寻常的光合作用组织。奥尔登堡大学(德国)的研究人员仔细观察了鞭毛动物群中原心虫cordatum的不同寻常的细胞生物学。他们的研究结果发表在《植物生理学》杂志上，可以帮助我们更好地理解该物种在环境中的作用，以及在较高水温下藻华发生率增加的原因。

　　

在单细胞海藻物种中，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教授领导的研究小组首次使用先进的显微镜和蛋白质组学方法，对全球广泛分布的鞭毛类物种proorocentrum cordatum的不同寻常的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》上所报告的那样，这些微生物的光合作用过程以一种不寻常的结构组织起来，这可能有助于它们更好地适应海洋中不断变化的光线条件。这项研究的结果可能会使人们更好地了解有害藻华的发生率，由于气候变化，这种现象可能会变得越来越频繁。

鞭毛虫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，它们构成了海洋和湖泊食物网的基础。一些物种，包括原心藻(proocentrum cordatum)，可以在温暖、营养丰富的水域繁殖，形成有害的藻华。Rabus说:“我们之所以研究这种生物，是因为尽管它与环境有关，但我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外，研究人员还与汉诺威大学、布伦瑞克大学和慕尼黑大学的研究小组合作，研究了微藻的细胞核结构和对热应激的反应，并在最近发表的另外两篇论文中公布了这些发现。

由Rabus和来自海洋环境化学与生物研究所(ICBM)的Jana Kalvelage领导的研究小组，利用Ludwig-Maximilians-Universit?t慕尼黑的强大扫描电子显微镜和聚焦离子束，能够重建光合作用发生的叶绿体的三维结构。科学家们能够生成单个藻类细胞的大约600个图像层，然后将这些部分组合起来，形成椭圆形单细胞生物的三维高分辨率空间图像，这些单细胞生物通常约为千分之一毫米长。分析结果表明，原心球状体只有一个桶状叶绿体，占细胞体积的40%。

蛋白质组学分析揭示了微藻和拟南芥光合器官之间的显著差异，拟南芥是遗传学研究中得到充分研究的模式植物。在这两个物种中，光合作用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，在原心珠中，研究小组观察到太阳能转化为生物化学能发生在一个由许多蛋白质组成的单一大结构中，称为“巨型复合体”，而在植物物种的叶绿体中，光合作用的不同步骤发生在空间分离的结构中。该团队还报告说，cordatum使用大量不同的色素结合蛋白来有效地捕获太阳能。Rabus解释说:“这种多样性是对生物暴露在海洋中不断变化的光线条件的特殊适应。”

去年发表的另外两项研究突出了微藻不同寻常的生物学特性:第一项研究中，一个德国-澳大利亚团队(ICBM的研究人员也是其中一员)发现，微藻拥有一个非常大的基因组，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，它们的生长速度会因热应激而减慢。在第二篇论文中，由Rabus和Kalvelage领导的研究小组更详细地描述了这种细胞的细胞核，他们报告说，圆心草有62条染色体，这是一个异常高的数目，几乎填满了整个细胞核。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。

“我们已经研究了这种重要的微藻在分子水平上的功能。这些发现为更好地理解其在环境中的作用奠定了基础，”Rabus强调。他解释说，进一步的研究可以提供诸如这种生物的新陈代谢如何对其他压力因素作出反应等问题的答案，以及为什么这种物种能够适应如此广泛的环境条件，从热带气候到温带气候。