Science：一种海洋藻类中的固氮细胞器

根据一项新的研究，一种海洋藻类的固氮细菌内共生体正在进化成一种固氮细胞器或硝化质体，从而将一种被认为只由原核细胞执行的功能扩展到真核生物。

真核细胞非常复杂，包含各种细胞器，这些细胞器是活细胞内具有特定生物功能的专门结构。线粒体和叶绿体这两种细胞器分别在能量代谢和光合作用中起着关键作用，可能是从内共生细菌整合到真核细胞中进化而来的。

生物固氮(N2)是将大气中的N2气体转化为生物可利用的氨，是维持水生和陆地系统肥力的关键代谢过程。已知真核生物中的N2固定仅通过与能够固定N2的原核微生物的多种共生伙伴关系存在。然而，人们对这些共生关系的本质知之甚少，迄今为止，真核细胞中的n2固定细胞器尚未被描述。

Tyler Coale和他的同事研究了地中海候选蓝藻(Candidatus atelcyanobacterium thalassa，简称UCYN-A)之间的相互作用，这是一种代谢流线型的固定n2的蓝藻。这是一种已知的单细胞海藻的内共生体。通过软x射线断层扫描拍摄的亚细胞图像来观察藻类的细胞形态和分裂，Coale等人观察到一个协调的细胞周期，在这个周期中，内共生的UCYN-A分裂并在子B. bigelowii细胞之间均匀分裂，这与细胞分裂过程中叶绿体和线粒体细胞器的传递方式相似。

此外，进一步的蛋白质组学和基因组学分析表明，UCYN-A含有许多从真核宿主细胞核输入的蛋白质，包括那些对细胞代谢和细胞周期控制至关重要的蛋白质。根据colale等人的研究，这些发现表明UCYN-A已经超越了内共生，并作为早期进化阶段的n2固定细胞器发挥作用。

一篇相关的文章写道:“硝化体代表了真核细胞器的教科书案例，它补充了藻类宿主对能量、碳和氮的需求，是生态如何成为进化发生的舞台的另一个例子。”