南方科技大学学者合作发表有关线粒体起源世纪之争的研究成果

阅读:3417
字数:
发布:2021-11-10 18:39

近日,南方科技大学海洋科学与工程系讲席教授张传伦团队联合同济大学教授朱瑞新团队和德国杜塞尔多夫大学WilliamMartin教授团队,在真核细胞线粒体与Alpha变形细菌之间的进化关系上取得突破性成果。

论文以“基于系统性物种取样方法的系统发生学分析证明线粒体起源于Alpha变形菌(PhylogeneticanalyseswithsystematictaxonsamplingshowthatmitochondriabranchwithinAlphaproteobacteria)”为题发表在《自然》(Nature)子刊《自然•生态与进化》(NatureEcology&Evolution)上。

地球上的生命形态包括细菌(Bacteria)、古菌(Archaea)和真核生物(Eukarya)三大类。

这三大类生命的起源方式是世界级科学问题之一。其中,细菌和古菌可能起源于40至35亿年前的地球。

而早在1905年,Merechowsky就提出了真核生物细胞中关于线粒体起源的内共生假说。

目前普遍观点认为,真核细胞是在约20至18亿年前由一个细菌细胞融合进一个古菌细胞产生的(如图1);被融合的细菌与古菌宿主形成了内共生关系,并逐渐进化成了现代真核生物中最重要的细胞器——线粒体。

线粒体不但是有氧呼吸生物的能量工厂,更与人类的疾病和衰老密切相关。

研究与真核细胞起源直接相关的细菌和古菌类群,能够帮助人类了解真核生命起源的时间、化学过程、代谢机制和古地球生态,更能揭示新生命形式形成的细节,为合成生物学领域的颠覆性技术创新提供重要线索。

图1真核细胞起源于约20亿年前古菌和细菌细胞的融合

(图片改编自:Roger2017CurrBiol)

真核细胞是否源自Alpha变形细菌与阿斯加德(Asgard)古菌的融合是目前真核生命起源研究的焦点问题。

其中,关于线粒体是否起源于Alpha变形菌,以及起源于哪类Alpha变形菌一直存在激烈争论。

由于进化时间久远(18亿年以上),现有的分子进化学证据非常有限。

受当前模型的影响,分子序列的异质性使进化分析容易受到系统性误差的巨大影响,包括长枝吸引效应和GC偏差引起的趋同现象,最终造成得到假阳性进化关系。

Martijn等人最近发表在《自然》期刊上的一项研究采用的“去除异质性位点”等降低系统性误差的方法,在优化模型拟合度的同时,却也增加了信息丢失和模型过拟合的风险,有必要对其结果的可信度进行严格检验。

为此,研究人员首先系统性地检验了“去除异质性位点”方法所引发的不确定性结果,证明了这种当下最为流行的数据预处理方法在解答线粒体起源问题时具有极大的不确定性(如图2)。

图2多参数联合检验,证明“去除异质性位点”这种常用的前处理方法会导致结果的不确定性,线粒体进化位置与进化模型拟合度之间并无因果关系。

研究人员开创性地采用系统性物种替换和多方法相互验证的策略,通过对100多个贝叶斯系统发育树的结果进行统计比较,并结合模型拟合度检验,在保持了进化信息完整性的同时,降低了系统性误差。

这些创新性方法帮助他们定义了Alpha变形菌四个进化主类群,线粒体起源于一个含有各类海洋细菌和内共生菌的AlphaIIb分支(如图3)。

图3系统性物种取样方法证实,线粒体起源于Alpha变形细菌的IIb分支。与立克次氏体目(Rickettsiales)的内共生菌和一些尚未被鉴定的海洋浮游菌具有共同的祖先。

这一发现首次对有关线粒体起源的系统发生学的方法问题进行了系统梳理,并将目前争论不休的线粒体起源问题重新拉回到Alpha变形菌的框架中。

该研究为未来寻找线粒体的最近祖先的研究提供了可靠的方法学基础。

南科大海洋科学与工程系研究助理教授范陆为论文第一作者,范陆、朱瑞新和WilliamMartin为论文共同通讯作者。南科大海洋地球古菌组学重点实验室为论文第一通讯单位,南科大为论文第一署名单位。

该研究得到国家自然科学基金重大研究计划“水圈微生物”、深圳海洋地球古菌组学重点实验室、南方科技大学和南方海洋科学与工程广东实验室等资助。研究过程所依靠的海量计算资源由南科大科学与工程计算中心的超算集群“太乙”提供。

猜你喜欢
在8月31日举行的北京市教育“双减”工作新闻发布会上,北京市教委新闻发言人李奕表示,在做好课业答疑、辅导..
2021-11-10 18:41
4438
285
10月2日,《自然·通讯》杂志在线发表了严健、邓新教授带领的西北大学与香港城市大学联合研究团队的重要研究..
2021-11-10 18:26
4376
58
针对个别网络自媒体账号近日发布“我市城区普通高中录取率仅为39%”“我市中考没有复读机会”等信息,兰州市..
2021-11-10 17:33
3517
513
近日,国际著名学术期刊《PLoSPathogens》发表了上海海洋大学水产与生命学院鱼类分子免疫学实验室的研究论文..
2021-11-11 00:31
2649
138
近几年,教师这一职业在社会不断发展、国家实力不断上升的过程中越来越受重视!去年,深圳、杭州等地以几十..
2021-11-10 20:31
9309
452
根据《广东省教育厅关于开展“广东省中小学生劳动教育基地”申报工作的通知》精神,经院校申报、地市教育局..
2021-11-10 20:13
9109
426
光遗传学技术,被称为本世纪最具颠覆性的生物技术,其本质是控制蛋白质活性的“光学开关”。自2006年创立以..
2021-11-10 22:44
7226
120
中国科学技术大学郭光灿院士团队在量子信道容量的研究中取得重要进展。该团队李传锋、唐建顺等人与牛津大学..
2021-11-10 15:36
4817
315
5月21-23日,首届高等学校科技创新大会于第56届中国高等教育博览会期间在山东青岛举办。大会以“激活科技创..
2021-11-10 14:16
180
337
日前,广州市教育局开通电话和邮箱,在日常学习中如发现学校有要求学生参加有偿补课,向学生推销图书报刊等..
2021-11-10 18:57
6600
435
日前,《教育部等八部门关于加快和扩大新时代教育对外开放的意见》正式印发,对新时代教育对外开放作了重点..
2021-11-10 13:11
7879
425
6月21日下午,东莞召开第三场新冠肺炎疫情防控新闻发布会,通报东莞疫情防控的最新情况。..
2021-11-10 17:14
3068
236
“我的家乡坐落在美丽的太湖之滨,那里风光明媚、水色秀丽、风景如画,她是吴文化发源地,这座历史文化名城..
2021-11-10 10:35
7627
257
近日,南方科技大学海洋科学与工程系讲席教授张传伦团队联合同济大学教授朱瑞新团队和德国杜塞尔多夫大学Wi..
2021-11-10 18:39
3417
632
近日,国际知名期刊《细胞与分子免疫学》在线发表了西安交通大学第一附属医院施秉银教授团队在甲亢突眼疾病..
2021-11-10 13:42
7398
236
了解更多 "教育资讯" >>
开始评论(0)
评 论