진핵 조류에서 질소 고정 세포소기관 니트로플라스트의 발견

생합성 단백질 와 핵산 필요 질소 그러나 대기의 질소는 사용할 수 없습니다 진핵 생물 유기 합성을 위해. 소수의 원핵생물(예: 시아 노 박테리아, 클로스 트리 디아, 고등어 등)에 풍부하게 존재하는 분자 질소를 고정하는 능력을 가지고 있습니다. 분위기. 일부 질소 고정 박테리아 진핵세포 내부에서는 내공생체로서 공생 관계에 있습니다. 예를 들어, 시아노박테리아 칸디다투스 아텔로시아노박테리움 탈라사 (UCYN-A)는 단세포 미세조류의 내공생체입니다. Braarudosphaera bigelowii 해양 시스템에서. 이러한 자연현상은 진핵생물의 진화에 결정적인 역할을 했다고 생각된다. 세포 세포소기관 미토콘드리아와 엽록체는 내공생 박테리아를 진핵 세포에 통합하여 생성됩니다. 최근 발표된 연구에서 연구자들은 시아노박테리아가 "유신-A"는 진핵생물의 미세조류와 밀접하게 통합되어 있었습니다. Braarudosphaera bigelowii 그리고 내공생체에서 nitroplast라는 이름의 질소 고정 진핵 세포 소기관으로 진화했습니다. 이것이 미세조류를 만들었습니다. Braarudosphaera bigelowii 최초로 알려진 질소고정 진핵생물. 이 발견은 대기 질소의 고정 기능을 원핵생물에서 진핵생물로 확장시켰습니다.

공생, 즉 서로 다른 종의 유기체가 서식지를 공유하고 함께 생활하는 것은 일반적인 자연 현상입니다. 공생 관계에 있는 파트너는 서로 이익을 얻을 수 있으며(상호 공생), 한 사람은 이익을 얻고 다른 사람은 영향을 받지 않고(공생 공생), 한 사람은 이익을 얻고 다른 사람은 해를 입을 수 있습니다(기생). 한 유기체가 다른 유기체 내부에 사는 공생 관계(예: 원핵 세포가 진핵 세포 내부에 사는 경우)를 내부 공생이라고 합니다. 이러한 상황에 있는 원핵 세포를 내공생체라고 합니다.

내부 공생(즉, 조상 진핵 세포에 의한 원핵 생물의 내부화)은 더 복잡한 진핵 세포의 특징인 세포 소기관인 미토콘드리아와 엽록체의 진화에 결정적인 역할을 했으며, 이는 진핵 생물 형태의 증식에 기여했습니다. 호기성 프로테오박테리아는 환경이 점점 산소가 풍부해지는 시기에 조상 진핵 세포에 들어가서 내공생체가 된 것으로 생각됩니다. 에너지를 만들기 위해 산소를 사용하는 내공생 프로테오박테리움의 능력으로 인해 숙주 진핵생물은 새로운 환경에서 번성할 수 있었고, 다른 진핵생물은 새로운 산소가 풍부한 환경에 의해 부과된 부정적인 선택압으로 인해 멸종되었습니다. 결국, 프로테오박테리움은 숙주 시스템과 통합되어 미토콘드리아가 됩니다. 마찬가지로 일부 광합성을 하는 시아노박테리아는 조상 진핵생물에 들어가 내부 공생을 했습니다. 머지않아 그들은 진핵생물의 숙주 시스템과 동화되어 엽록체가 되었습니다. 엽록체를 가진 진핵생물은 대기 중 탄소를 고정하는 능력을 획득하여 독립영양생물이 되었습니다. 조상 진핵생물로부터 탄소를 고정하는 진핵생물의 진화는 지구상 생명체의 역사에 전환점이 되었습니다.

단백질과 핵산의 유기 합성에는 질소가 필요하지만 대기 질소를 고정하는 능력은 소수의 원핵생물(예: 일부 시아노박테리아, 클로스트리듐, 고세균 등)에만 제한됩니다. 알려진 진핵생물은 대기 중 질소를 독립적으로 고정할 수 없습니다. 질소를 고정하는 원핵생물과 성장하기 위해 질소가 필요한 탄소를 고정하는 진핵생물 사이의 상호 공생 관계는 자연에서 볼 수 있습니다. 그러한 사례 중 하나는 해양 시스템에서 시아노박테리아 Candidatus Atelo시아노박테리움 탈라사(UCYN-A)와 단세포 미세조류 Braarudosphaera bigelowii 간의 파트너십입니다.

최근 연구에서는 시아노박테리아 Candidatus Atelo시아노박테리움 탈라사(UCYN-A)와 단세포 미세조류인 Braarudosphaera bigelowii 사이의 내공생 관계가 연 X선 단층촬영을 사용하여 조사되었습니다. 세포 형태와 조류의 분열을 시각화한 결과, 진핵생물의 엽록체와 미토콘드리아가 세포 분열 중에 분열하는 것과 마찬가지로 내공생 시아노박테리아가 균등하게 분열하는 조화로운 세포 주기가 밝혀졌습니다. 세포 활동에 관여하는 단백질을 연구한 결과 그 중 상당한 부분이 조류 게놈에 의해 암호화되어 있는 것으로 나타났습니다. 여기에는 생합성, 세포 성장 및 분열에 필수적인 단백질이 포함되었습니다. 이러한 발견은 내공생 시아노박테리아가 숙주 세포 시스템과 밀접하게 통합되어 내공생에서 숙주 세포의 본격적인 세포 소기관으로 전환되었음을 시사합니다. 그 결과, 숙주 조류 세포는 성장에 필요한 단백질과 핵산 합성을 위해 대기 질소를 고정하는 능력을 획득했습니다. 새로운 소기관의 이름은 다음과 같습니다. 니트로플라스트 질소고정능력 때문이다.

이는 단세포 미세조류를 Braarudosphaera bigelowii 최초의 질소 고정 진핵생물. 이러한 발전은 다음과 같은 의미를 가질 수 있습니다. 농업 장기적으로는 화학비료 산업도 마찬가지다.

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