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这个真核生物竟然没有线粒体!

日期:2016年12月9日 11:16

引言

线粒体一直被称作细胞的能量之源,更是真核生物体内重要的组成部分,这看似已经是教科书式的定义,然而2016年5月12日一项颠覆传统观念的研究成果发表在《Current Biology》期刊上,研究者通过测序的方法,在真核生物中(Monocercomonoides sp.)并没有发现线粒体的踪迹,各位大小伙伴们有没有被惊呆了?

测序策略

选取类单鞭滴虫属样本Monocercomonoidessp. PA203 strain,提取基因组DNA。选用Roche 454 GS FLX+测序平台,构建一个短片段文库(500-800bp),测序2.4Gb数据量;构建一个3Kb的paired-end文库,测序1Gb数据量。

组装结果

测序得到约35×数据,组装得到基因组大小为75M,Scaffold N50 为71.4 kb。预测蛋白编码基因16,629个,约67%的编码基因有内含子。为了验证基因组的完整性,研究者用转录组数据与基因组进行比对,约96.9%的数据可以比对上。进一步利用CEGMA和系统进化分析方法,研究人员确定组装得到的Monocercomonoidessp. 基因组序列接近完整而且其编码蛋白与肠胃蝇和阴道滴虫较为相似。

表1.后滴门基因组概况

类单鞭滴虫属基因组中无线粒体

基因组组装完成后,研究人员在基因组注释中并未发现线粒体编码DNA,为了进一步研究真核生物Monocercomonoidessp.是否缺乏线粒体相关基因,研究者对Monocercomonoidessp.基因组进行了全面的检测,通过两种途径以同源搜寻为基础对线粒体相关重要通路、合成系统及标记位点进行检测,结果并未搜寻到与MROs(mitochondrial related organelle)相关蛋白质的N-末端和C-末端信号,包括线粒体移位酶、代谢物转运蛋白、Fe-S合成簇的ISC系统、ERMES和心磷脂合成酶。同源比对结果表明真核生物Monocercomonoidessp.体内不存在线粒体相关蛋白。

图1.真核细胞中线粒体蛋白的搜寻

替代线粒体功能的SUF系统

大多数真核细胞都含有CIA(cytosolic iron-sulfur assembly)机制,其中ISC系统在细胞溶质Fe-S簇形成中起着至关重要的作用。但是在Monocercomonoidessp.基因组研究中没有检测到编码线粒体ISC通路蛋白的基因,在Pygsuia biforma (Breviatea) 和Archamoebae中也曾报道过这种ISC系统缺失现象,并发现ISC系统功能被SUF(sulfur mobilization)系统所代替。本研究中,研究人员在Monocercomonoidessp.中也检测到与四种SUF系统(SufB、SufC、混合SufS和SufU)组成蛋白相关的编码基因。而SUF系统相关蛋白保留有重要的催化位点,能够完成de novo Fe-S簇生物合成,功能上与CIA机制一致。研究人员进一步利用荧光原位杂交(FISH)技术验证sufB和sufC基因在Monocercomonoidessp.表达。

图2.类单鞭滴虫Monocercomonoidessp. SufBSufC表达情况

SUF系统来自于细菌横向基因转移

系统发育分析结果表明,SUF系统的获得可能是Monocercomonoides祖先通过细菌横向基因转移导致。研究者推测,在线粒体中细胞溶质SUF系统的存在使早期的ISC系统变得可有可无,从而导致它的丢失,进而促使Monocercomonoides家族MROs的完全丢失。

图3.Monocercomonoides sp. 中线粒体的逐渐消除

参考文献:

Karnkowska A, Vacek V, Zubáčová Z, et al. A Eukaryote without a Mitochondrial Organelle.[J].Current Biology, 2016, 26(10):1274-1284.

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