基因产物催化甘油的产生 帮助藻类在极端环境中生存

甘油过去被用作汽车的防冻剂，它是由多种生物产生的，从酵母到脊椎动物，其中一些将其用作渗透保护剂-一种防止在咸水环境中发生危险的水分流失的分子-而另一些则将其用作防冻剂​​。 。内华达大学和俄亥俄州迈阿密大学的科学家在这里表明，来自南极洲的两种单细胞绿藻衣藻，称为UWO241和ICE-MDV，可产生高含量的甘油，以保护它们免受渗透水的损失，并且有可能也来自冻伤。目前，已知只有另一种生物，即北极鱼，将甘油用于这两个目的。两种物种都使用由最近发现的古代基因家族的多个拷贝编码的酶来合成甘油。这些结果今天发表在开放获取期刊上植物科学前沿阐明了适应的重要性，这种适应不仅使生命能够生存，而且能够在极端的栖息地中繁衍生息。

研究人员在南极维多利亚州麦克兰多旱谷的永久性覆冰湖邦尼湖中采集了盐度梯度陡峭的13至17 m深度的两种衣藻。以前，他们表明这两种物种都非常适应其极端栖息地，其光合作用设备适应寒冷，盐碱和弱光条件，新型蛋白质，在低温下发挥作用的更多的细胞膜以及可结合冰的蛋白质防止冻融损伤。

“我们的总体目标是了解微生物如何在极端环境中生存。邦尼湖的衣藻物种非常适合此类研究，因为它们暴露于许多极端条件下，包括低光照，低温，氧化应激和高盐度。目前的结果是第一个显示在温暖，咸水环境中众所周知的微生物产生甘油，在极地地区也很重要。”通讯作者，大学生命科学学院兼职研究教授James Raymond博士说。内华达州，拉斯维加斯，美国的地图。

在这里，作者表明，UWO241和ICE-MDV分别携带一个基因家族的三个和五个拷贝，该家族最近被证明可以在与温带气候相关的远距离藻类中合成甘油。他们随后表明，在实验室中，随着培养基中盐浓度从400 mM到1300 mM NaCl的增加，UWO241将其细胞内甘油的浓度稳定增加了四倍以上，大约是海水盐度的0.8到2.5倍。他们还证明了其中一个基因拷贝的DNA-RNA转录平行增加，强烈表明该基因家族对于从邦尼湖的衣藻中合成甘油同样同样是必要和充分的。

基于蛋白质序列相似性的系统发育“家族树”表明，该基因家族很古老，可能可以追溯到十亿年前的真核生物起源，而每个物种内的多个拷贝是由于最近的基因重复产生，随后又出现了差异随着时间的推移。这些蛋白质包含三个区域：一个将其引导至叶绿体(光合作用的位置)的标签，一个将分子磷酸二羟基丙酮转化为3-磷酸甘油的结构域，以及另一个将该中间产物转化为甘油的结构域。

“这种酶似乎可能是通过融合两个祖先基因而产生的，一个编码磷酸丝氨酸磷酸酶，另一个编码NAD +依赖性甘油-3-磷酸脱氢酶。这似乎最早发生于古老的绿藻祖先， ”雷蒙德说。

雷蒙德等。强调甘油是邦尼湖衣藻中主要的(但不是唯一)渗透保护剂：细胞内糖和氨基酸的增加也有助于维持渗透平衡。衣藻也可能通过其他途径，例如通过甘油三酸酯的降解而产生甘油。

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