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林巍等-Microbiome:感磁微生物的多樣性和起源演化獲得新認識
2020-11-06 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  自然界中微生物、昆蟲、魚類、鳥類、哺乳動物等許多生物可以感應并利用地磁場進行定向和導航,生物感磁的起源和演化問題一直沒有得到解決。趨磁細菌是研究較為深入的一類感磁生物,它們在細胞內合成納米級、生物膜包被、鏈狀排列的鐵磁性顆粒——磁小體,磁小體的主要功能類似磁羅盤,幫助這類微生物進行感磁定向(圖1)。趨磁細菌是地球上已知最早出現的感磁生物,是研究生物感磁起源和演化的突破口。傳統教科書觀點認為,細菌和古菌等原核生物與真核生物的顯著區別之一在于前者的細胞中不具有細胞器(由生物膜包被并具有特定形態和功能的亞細胞結構)。近年來,趨磁細菌的磁小體被確定為細菌細胞器,因此趨磁細菌研究對于認識地球生命復雜性(complexity)的演化也具有重要意義。 

  中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室林巍研究員、潘永信研究員等聯合英國利物浦大學、美國加州大學圣地亞哥分校、澳大利亞國立大學、美國內華達大學拉斯維加斯分校等國際團隊,在大量野外工作的基礎上,對采集于中國和澳大利亞的南北半球不同生態環境中的趨磁細菌進行了系統的組學研究,獲得了上百個趨磁細菌的基因組序列。這些基因組分屬于13個細菌門類,遠多于之前發現的5個門類,極大地拓展了感磁微生物在細菌域中的分布和多樣性(視頻1)。通過比較基因組學和系統發育分析表明,趨磁細菌的起源時限也早于之前的認識:地球早期的細菌,甚至細菌的最后共同祖先(Last Bacterial Common Ancestor)可能合成磁小體細胞器,幫助這些生命更好地適應當時的極端環境,揭示出早期細菌的細胞已經具有一定的復雜性。 

  該研究為理解生物感磁的起源和地球早期生命的演化提供了新認識。 

1 a)趨磁細菌及磁小體功能示意圖;(b)本研究發現的代表性趨磁細菌的電子顯微鏡照片,圖中箭頭所指為磁小體鏈

[video:林巍_感磁微生物的多樣性和起源演化獲得新認識]

視頻1 本文的視頻摘要  

  研究成果發表于微生物領域國際知名學術期刊Microbiome。(林巍, 張文斯, Greig A. Paterson, Qiyun Zhu, Xiang Zhao, Rob Knight, Dennis A. Bazylinski, Andrew P. Roberts, 潘永信. Expanding magnetic organelle biogenesis in the domain Bacteria[J]. Microbiome, 2020, 8: 152. DOI: 10.1186/s40168-020-00931-9)(原文鏈接)。研究得到中國科學院、國家自然科學基金等項目的資助。

 
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