團藻基因組

carteri團藻是一種多細胞海藻，它通過光合作用獲取光能。團藻的基因組有大約1.4億個鹼基對，包含大約1.45萬個基因，比人類基因總數僅少不到一半。

基本介紹

• 中文名：團藻基因組
• 外文名：carteri
• 定義：多細胞海藻
• 獲能方式：通過光合作用獲取光能

簡介

團藻的基因組有大約1.4億個鹼基對，包含大約1.45萬個基因，比人類基因總數僅少不到一半。團藻和萊茵衣藻基因組這兩種生物的複雜程度和生命史存在很大差異，二者的基因組卻有相似的蛋白編碼潛能。與萊茵衣藻相比，在團藻細胞內只發現了很少該生物特有的基因。由此推斷，從單細胞生物演變為多細胞生物並非必需大幅提高基因的數目，在這種演變中，基因如何以及何時編碼合成特定的蛋白才具有決定意義。

研究背景

在為交通運輸提供碳中性（平衡）燃料這條漫長且艱難的道路上，美國能源部能源部的努力包括探尋自然界中潛在的新型燃料資源，它們包括從陸地上可作為纖維質原料的植物（如快速生長的樹木和多年生牧草）到水中及其他生長環境中的產油生物（如海藻和細菌），極具多樣性。

美國能源部之所以大力支持光合成生物體內複雜機制的研究，為的是更好地認識生物體如何將陽光轉換成能量，以及光合成細胞如何控制生物的新陳代謝過程。這些信息有助於未來可再生生物燃料的生產。

基因組測序

研究人員將團藻基因組同其近親單細胞萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的基因組進行了比較。3年前，聯合基因組研究所曾破譯了萊茵衣藻的基因組。衣藻是人們深入研究的潛在的海藻生物燃料資源。團藻和衣藻均屬於團藻目家族，團藻基因測序的重要價值在於它可以作為衣藻基因參照物（對比物），研究人員通過數據比較來研究它們的光合作用機理以及多細胞生物的演化。
與衣藻不同，團藻包含兩種細胞：一種是數量較少的生殖細胞，另一種則是數量較多的體細胞。生殖細胞能夠分化形成新的菌落，與此同時，體細胞則提供機動力，並分泌能導致生物體擴展的細胞外基質。團藻內兩種細胞的分工使得團藻比衣藻生長和遊動都要快，從而幫助團藻能夠躲避捕食者，同時在更深的水域獲取營養。

團藻特別令人著迷的地方是它如何有選擇地減少光合作用或調節光合作用以支持另一種細胞。雖然目前人們還沒有很好地認識團藻的這一特性，但該特性有可能幫助人們通過轉基因工程讓光合生物進行相應變化，生產生物燃料或其他產品。

研究團藻目生物的興趣點在於單細胞祖先在較短的進化時間段演化成多細胞和複雜的細胞過程。研究人員發現，儘管團藻和衣藻兩種生物的複雜程度和生命史存在很大差異，二者的基因組卻有相似的蛋白編碼潛能。與萊茵衣藻相比，專家在團藻細胞內只發現了很少該生物特有的基因，也就是說，多細胞的團藻基因組缺乏創新。因此，越小越簡單的理念開始受到挑戰，科研人員由此推斷，從單細胞生物演變為多細胞生物並非必須大幅提高基因的數目，在這種演變中，基因如何以及何時編碼合成特定的蛋白才具有決定意義。相信隨著更多的單分子生物的基因組被破譯，人們對此將會有更多的了解。
分析顯示，大約有1800個蛋白質家族屬於團藻和衣藻所獨有。這些蛋白質家族是多細胞物種生長和發生形態變化的基因物質資源，尤其是經查明，某些蛋白質家族與多細胞體相關。團藻和衣藻在利用這些蛋白質家族方面的不同之處將是人們未來準備研究的問題。團藻基因組為衣藻基因組工程以及精確認識形態進化和蛋白質創新增加了巨大的價值，現在人們需要靜下來研究這些基因的功能。