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林巍等-Microbiome:感磁微生物的多样性和起源演化获得新认识
2020-11-06 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  自然界中微生物、昆虫、鱼类、鸟类、哺乳动物等许多生物可以感应并利用地磁场进行定向和导航,生物感磁的起源和演化问题一直没有得到解决。趋磁细菌是研究较为深入的一类感磁生物,它们在细胞内合成纳米级、生物膜包被、链状排列的铁磁性颗粒——磁小体,磁小体的主要功能类似磁罗盘,帮助这类微生物进行感磁定向(图1)。趋磁细菌是地球上已知最早出现的感磁生物,是研究生物感磁起源和演化的突破口。传统教科书观点认为,细菌和古菌等原核生物与真核生物的显著区别之一在于前者的细胞中不具有细胞器(由生物膜包被并具有特定形态和功能的亚细胞结构)。近年来,趋磁细菌的磁小体被确定为细菌细胞器,因此趋磁细菌研究对于认识地球生命复杂性(complexity)的演化也具有重要意义。 

  中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室林巍研究员、潘永信研究员等联合英国利物浦大学、美国加州大学圣地亚哥分校、澳大利亚国立大学、美国内华达大学拉斯维加斯分校等国际团队,在大量野外工作的基础上,对采集于中国和澳大利亚的南北半球不同生态环境中的趋磁细菌进行了系统的组学研究,获得了上百个趋磁细菌的基因组序列。这些基因组分属于13个细菌门类,远多于之前发现的5个门类,极大地拓展了感磁微生物在细菌域中的分布和多样性(视频1)。通过比较基因组学和系统发育分析表明,趋磁细菌的起源时限也早于之前的认识:地球早期的细菌,甚至细菌的最后共同祖先(Last Bacterial Common Ancestor)可能合成磁小体细胞器,帮助这些生命更好地适应当时的极端环境,揭示出早期细菌的细胞已经具有一定的复杂性。 

  该研究为理解生物感磁的起源和地球早期生命的演化提供了新认识。 

1 a)趋磁细菌及磁小体功能示意图;(b)本研究发现的代表性趋磁细菌的电子显微镜照片,图中箭头所指为磁小体链

[video:林巍_感磁微生物的多样性和起源演化获得新认识]

视频1 本文的视频摘要  

  研究成果发表于微生物领域国际知名学术期刊Microbiome。(林巍, 张文斯, 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)(原文链接)。研究得到中国科学院、国家自然科学基金等项目的资助。

 
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