俄羅斯否定葉綠體起源于細菌的假說

    據(jù)俄科學(xué)院西伯利亞分院網(wǎng)站報道，該分院克拉斯諾亞爾斯克科學(xué)中心的科研團隊通過比較植物葉綠體與藍細菌的DNA全基因組發(fā)現(xiàn)，葉綠體DNA內(nèi)部結(jié)構(gòu)與細菌存在實質(zhì)性差異，這是科學(xué)界首次驗證兩者基因組存在原則性結(jié)構(gòu)差異，就此推翻了植物葉綠體細胞起源于藍細胞的假說。相關(guān)成果發(fā)布在“BMC Bioinformatics”科學(xué)期刊上。

    有一種假說認為，由于大約在10億年前曾與單細胞生物共生的原因，細胞中進行光合作用的葉綠體起源于藍細菌。由于葉綠體擁有自身的DNA，如果這個假說成立，則這兩個生物體應(yīng)具有相似的基因結(jié)構(gòu)，為此科研團隊采用生物信息方法對其基因組結(jié)構(gòu)進行了比較研究。

    此前，科研團隊研究發(fā)現(xiàn)，采用特定的算法可將細菌基因組表達為正六角形，其頂端和中心為具有相同發(fā)生頻率的，由三個連續(xù)核苷酸構(gòu)成的DNA片段集群?？蒲腥藛T采用這種方法發(fā)現(xiàn)葉綠體具有與藍細菌完全不同的基因組集群結(jié)構(gòu)，不同植物葉綠體共計178個基因組的數(shù)值處理表明，其基因特點是具有8套短DNA片段，且這些片段的三核苷酸組合分布相同。為考察基因組的集群結(jié)構(gòu)，科研人員采用一組相同長度的相交片段覆蓋每個基因組，將每個片段轉(zhuǎn)化成由63個三核苷酸組合構(gòu)成的“單詞”，并以三核苷酸組合發(fā)生頻率作為長度量綱，當(dāng)每個單詞體現(xiàn)為指向63維的空間時，其集群結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出來。細菌和葉綠體63維空間點在平面的投影完全不同，且葉綠體基因組片段在三核苷酸組合發(fā)生頻率上可分為8個等級。

    此項研究結(jié)果表明，葉綠體基因組與細菌基因組存在著巨大的結(jié)構(gòu)差異，由此判定基因組七集群結(jié)構(gòu)具有普遍性這個假說不正確，因為至少葉綠體基因組結(jié)構(gòu)中可分離出八個集群。團隊計劃下一步通過擴大所研究植物范圍進一步驗證所獲得研究結(jié)論的正確性。

    此項研究不僅可為葉綠體起源尋找答案，而且在回答諸如非編碼核苷酸序列在基因組中的功能和在進化中的作用等問題上具有重要的基礎(chǔ)研究意義。