微小基因组可能反映正在形成的细胞器

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寄生于以汁液为食的昆虫体内的细菌打破了世界最小基因组的记录。研究人员表示,这种微生物缺失了近一半被认为对其同类生物持续存在至关重要的基因,这增加了它可能正在变成类似于线粒体或叶绿体的细胞器的可能性。另一种昆虫传播的细菌获得了基因组大小第二小的称号,并显示出被竞争生物取代的迹象。

拥有最小基因组的细菌物种通常是那些一生都生活在宿主体内的物种,它们交换宿主无法合成的营养物质,以换取免费的食宿。由于宿主为这些所谓的内共生体提供营养,它们能够依靠自身较少的基因生存。然而,这种减少似乎有其极限。通过随机破坏细菌,研究人员发现大约有 300 个基因对其生长至关重要。因此,内共生体的基因组序列长度从未真正低于 50 万到 60 万个碱基对。

卡森ella rudii 登场了,它生活在某种木虱(一种以缺乏氨基酸的植物汁液为食的飞行昆虫)腹部的一组特殊细胞内。亚利桑那大学的 Nancy Moran 和她的同事在 10 月 13 日的《科学》杂志上报告称,卡森ella 的基因组仅有 16 万个碱基对长。这种精简的微生物最多包含 182 个基因,这些基因比细菌通常的基因更小,彼此之间的重叠也更多。C. rudii 富含蛋白质合成基因,但缺乏许多膜合成、能量代谢和 DNA 复制的基因。 Moran 指出,其中一些基因可能已转移到宿主,宿主可能正在为其共生体提供必需的酶。“如果是这样,它将非常像细胞器,”她说。线粒体和叶绿体被认为是很久以前被同化到新生植物和动物细胞中的内共生体。“这种情况从未在动物细胞中被证明发生过,因为它更困难,但 卡森ella 可能基本上做了同样的事情,”Moran 说。


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在蚜虫中发现的第二种内共生体,说明了寄生生物基因的另一种可能的命运。西班牙瓦伦西亚大学的研究人员(他们的报告发表在同一期杂志上)表示,尺寸排名第二的布氏杆菌(基因组大小为 42 万个碱基对)已经失去了合成必需氨基酸色氨酸的能力。该研究小组推测,蚜虫中另一种丰富的共生体正在弥补这种损失。瑞典乌普萨拉大学的进化生物学家 Siv Andersson 在一篇随刊评论中指出,鉴于这种备份,蚜虫布氏杆菌 应该承受较小的生存压力,并可能逐渐消失。

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