测序藻类的基因组可能有助于生物燃料的生产

在我们的骨干祖先爬上陆地之前，有一群古老的藻类在世界的海洋中进化。它们如此众多，以至于它们巨大的花朵会影响天气，它们占世界海洋中所有光合作用的30%至40%。但是直到最近，对这些单细胞生物感兴趣的科学家对他们的基因几乎一无所知。

华盛顿大学的科学家们对其中一种藻类的完整基因组成进行了测序。正如他们最近在PLOS遗传学杂志上报道的那样，这是研究人员第二次对其中一种生态学上重要且丰富的藻类(称为haptophytes)的基因组进行测序。研究人员希望能够更好地了解它们，并将它们转化为水产养殖，生物燃料生产和营养的重要新工具。

“Haptophytes在二氧化碳管理中非常重要，它们在水产食物链中形成了一个关键环节，”资深作者和UW生物学教授Rose Ann Cattolico说。“这个新的基因组向我们展示了这个群体。”

Cattolico和她的团队研究的haptophyte是Chrysochromulina tobin，它在全球的海洋中茁壮成长。研究人员花了数年时间进行了一系列实验，对所有的Chrysochromulina基因进行测序，并了解这种生物如何在一天内打开和关闭不同的基因。在这个过程中，他们发现Chrysochromulina将成为研究藻类如何产生脂肪的理想主题，这是一个对营养，生态和生物燃料生产很重要的过程。

“事实证明，他们的脂肪含量在白天变高，在夜间下降，”Cattolico说。“一个非常简单的模式，非常适合后续行动。”

她认为脂肪含量的这些极端变化 - 即使在一天的范围内 - 可能有助于生态学家了解水柱中的微观动物何时选择对这些藻类进行盛宴。但是关于藻类如何调节其脂肪储存的知识也可以帮助人类。

“由于生物燃料的生产，藻类最近对普通民众越来越熟悉，”卡托利科说。“我们需要一种简单的藻类来观察脂肪生产和脂肪调节。”

这导致Cattolico与当时在华盛顿大学基因组科学系的研究生Blake Hovde合作，对该物种的完整基因组进行测序。Hovde希望在生物燃料生产中研究藻类，而Chrysochromulina非常适合这项任务，因为与大多数其他的haptophytes不同，它没有保护性细胞壁。

Hovde和Cattolico在Chrysochromulina基因组中发现了其他惊喜。与其他藻类和植物一样，Chrysochromulina通过光合作用使用光来制作食物。但是他们还发现了另一种叫做xanthorhodopsin的基因，它可以让藻类收获光照并在传统的光合作用途径之外起作用。Cattolico不知道藻类如何使用这种基因，但希望将来对此进行研究。

此外，他们发现了许多似乎具有抗生素活性的基因，这可能是有用的，因为对新抗生素的需求持续增加。但Chrysochromulina并非普遍反对细菌。通过这个项目，Cattolico和她的团队发现，至少有10种细菌似乎可以在Chrysochromulina附近生活。

“这导致了一些有趣的问题，”卡托利科说。“Chrysochromulina是否选择性地使用其抗菌药物?它的附近是否'养殖'有益细菌?”Cattolico想了解这些细菌如何影响Chrysochromulina开关的基因。这些信息可能为对植物生态学的新研究铺平道路，这对于面对不断变化的全球气候可能至关重要。“Haptophytes对我们的海洋健康非常重要，特别是他们制造的这些巨大的有毒花朵，”Cattolico说。“我们需要了解这个问题，因为生态系统只会因气候变化而受到更多的影响。”

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