世界首批光动力酵母菌株闪亮登场 将为进化和衰老研究提供新见解

发布时间:2024-07-14 10:12:12 来源: sp20240714

  酵母是一种有机体,在黑暗中发酵,暴露在阳光下可能会阻碍甚至破坏这一过程。但最新发表在《当代生物学》上的一项研究中,美国佐治亚理工学院生物科学学院研究人员设计出了世界上第一批光动力酵母菌株,它们可能会更喜欢光照。

蓝色细胞壁内的绿色视紫红质蛋白有助于这些酵母在光照下生长得更快。图片来源:安东尼·伯内蒂,佐治亚理工学院

蓝色细胞壁内的绿色视紫红质蛋白有助于这些酵母在光照下生长得更快。图片来源:安东尼·伯内蒂,佐治亚理工学院

  研究人员表示,将酵母转化为光养生物非常简单。只要移动一个基因,它们在光中的生长速度就比在黑暗中快2%。轻易获得这种重要的进化特性对于人们理解其起源,以及如何利用它来研究生物燃料生产、进化和细胞衰老等问题意义重大。

  团队去年在《自然》杂志发表论文,揭示了他们的单细胞模式生物(雪花酵母)如何在3000代的迭代时间里进化出多细胞。在这些实验中,能量作为多细胞进化的一个主要限制因素出现了。

  让生物体在不使用氧气的情况下增加能量的一种方法是利用光。而生物体利用光的一种更简单的方法是利用视紫红质蛋白。这是一种可将光转化为能量的蛋白质,不需要额外的细胞机制。

  研究人员表示,视紫红质蛋白在生命之树上随处可见,这显然是有机体在进化过程中相互获取基因而获得的。这种类型的基因交换被称为水平基因转移。水平基因转移可在短时间内导致看似巨大的进化飞跃,就像细菌迅速对某些抗生素产生抗药性一样。这可能发生在所有类型的遗传信息中,尤其是视紫红质蛋白。

  为了检验是否能为单细胞生物体配备太阳能驱动的视紫红质蛋白,研究人员在普通面包酵母中添加了从寄生真菌合成的视紫红质基因。这种特殊的基因可插入细胞的液泡中。配备了视紫红质液泡的酵母,在光照时生长速度加快了大约2%。从进化的角度来看,这是一个巨大的优势。

  由于液泡功能与细胞衰老有关,团队还发起了合作项目,以研究视紫红质蛋白如何能减少酵母中的衰老效应。

(责编:张泰运、姜洁)