以IU为主导的研究揭示了对光色感知和遗传特性转移的新见解

由印第安纳大学研究人员领导的国际团队发现了一种系统的调节，该系统允许全球丰富的细菌有效捕获阳光并进行光合作用。该研究由IU生物学家David M. Kehoe领导，由Joseph E. Sanfilippo主持，IU博士。学生和前IU博士Animesh Shukla 学生与美国和法国的研究人员合作，首次展示了如何调节改善海洋蓝细菌中光捕获的过程。

该研究还通过一种称为水平基因转移的过程，深入了解基因如何在海洋环境中的细胞之间轻松转移。这是DNA运动的常见形式，涉及称为“基因组岛”的基因组区域，这对许多生物的进化很重要。该研究报告发表在“ 美国国家科学院院刊”上。蓝藻Synechococcus是地球海洋中第二常见的光合细菌。IU研究的重点是聚球藻属如何控制其有效捕获光合作用的蓝光和绿光的能力。

“对于我们来说，了解更多有关海洋蓝藻的信息非常重要，因为它们是地球食物链基础的重要组成部分，”IU布鲁明顿艺术与科学学院生物系教授Kehoe说。“我们的星球主要靠太阳能发电，这些生物对于将阳光转化为有机化合物非常重要。有机化合物是其他物种的食物。没有这些和其他'初级生产者'，我们就不可能存在，因为我们无法从阳光。”

在海洋环境中，蓝色和绿色光穿透水柱到不同的深度。在浅海岸水域，许多聚球藻细胞有效地利用绿光进行光合作用，而在更深的海水中，细菌最大限度地捕获和使用蓝光。到目前为止，大约四分之一的海洋聚球藻可以进行这一过程，称为“色素驯化”。

Kehoe领导了一项早期的研究，该研究为许多聚球藻属捕获蓝光和绿光的这种“变色龙样”能力提供了第一次机制见解。

目前的研究涉及四组法国和美国科学家。

“我们在法国的同事们都是优秀的生物学海洋学家，他们对色彩驯化的分子方面很感兴趣，而美国群体对其生态意义很感兴趣，”分子生物学家Kehoe说。“我们认识到，通过结合我们的努力，我们可以在很多方面检验这一过程，从分子到生态。这是一个真正的协作，多学科项目。”

由巴黎Pierre和Marie Curie大学的FrédéricPartensky和Laurence Garczarek以及法国Roscoff的CNRS Station Biologique领导的法国小组发现了一个基因岛，其中有六个基因与能够进行色彩驯化的能力相关。Wendy Schluchter教授和博士。新奥尔良大学的学生Adam A. Nguyen为该研究提供了生化分析。IU Bloomington化学系的副科学家Jonathan A. Karty提供的质谱结果对于该组的发现至关重要。

该小组的结果表明，一个小的基因组岛赋予了进行色彩驯化的能力。如果Synechococcus的特定菌株不具有基因组岛，则它不能经历色素驯化。然而，如果一个菌株获得基因组岛，正如四分之一的菌株似乎已经完成，它可能会经历色彩驯化。

该小组发现位于基因组岛上的两个名为fciA和fciB的基因需要打开和关闭基因组岛上其他基因的表达。结果，该基因组岛似乎是自我调节的并且能够调节其自身对周围光色环境变化的响应。

这项研究的结果提供了对水平转移基因调控的重要见解。虽然当这些基因进入新的生物体时，调节必须是正确的，但调节基因通常不位于它们在基因组中调节的基因附近。

“我们发现这个基因组岛包括两种类型的基因，通过允许适当调节这一过程以及色彩驯化的能力使其成为独立的。我们预测这将促进其在环境中的传播，”Kehoe说过。

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