微小基因組可能反映正在形成的細胞器

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寄生於以汁液為食的昆蟲體內的細菌打破了世界最小基因組的記錄。研究人員表示,這種微生物缺失了近一半被認為對其同類生物持續存在至關重要的基因,這增加了它可能正在變成類似於線粒體或葉綠體的細胞器的可能性。另一種昆蟲傳播的細菌獲得了基因組大小第二小的稱號,並顯示出被競爭生物取代的跡象。

擁有最小基因組的細菌物種通常是那些一生都生活在宿主體內的物種,它們交換宿主無法合成的營養物質,以換取免費的食宿。由於宿主為這些所謂的內共生體提供營養,它們能夠依靠自身較少的基因生存。然而,這種減少似乎有其極限。透過隨機破壞細菌,研究人員發現大約有 300 個基因對其生長至關重要。因此,內共生體的基因組序列長度從未真正低於 50 萬到 60 萬個鹼基對。

卡森ella rudii 登場了,它生活在某種木蝨(一種以缺乏氨基酸的植物汁液為食的飛行昆蟲)腹部的一組特殊細胞內。亞利桑那大學的 Nancy Moran 和她的同事在 10 月 13 日的《科學》雜誌上報告稱,卡森ella 的基因組僅有 16 萬個鹼基對長。這種精簡的微生物最多包含 182 個基因,這些基因比細菌通常的基因更小,彼此之間的重疊也更多。C. rudii 富含蛋白質合成基因,但缺乏許多膜合成、能量代謝和 DNA 複製的基因。 Moran 指出,其中一些基因可能已轉移到宿主,宿主可能正在為其共生體提供必需的酶。“如果是這樣,它將非常像細胞器,”她說。線粒體和葉綠體被認為是很久以前被同化到新生植物和動物細胞中的內共生體。“這種情況從未在動物細胞中被證明發生過,因為它更困難,但 卡森ella 可能基本上做了同樣的事情,”Moran 說。


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在蚜蟲中發現的第二種內共生體,說明了寄生生物基因的另一種可能的命運。西班牙瓦倫西亞大學的研究人員(他們的報告發表在同一期雜誌上)表示,尺寸排名第二的布氏桿菌(基因組大小為 42 萬個鹼基對)已經失去了合成必需氨基酸色氨酸的能力。該研究小組推測,蚜蟲中另一種豐富的共生體正在彌補這種損失。瑞典烏普薩拉大學的進化生物學家 Siv Andersson 在一篇隨刊評論中指出,鑑於這種備份,蚜蟲布氏桿菌 應該承受較小的生存壓力,並可能逐漸消失。

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