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真核藻類における窒素固定細胞小器官ニトロプラストの発見   

の生合成 タンパク質 および 核酸 必要とする 窒素 しかし、大気中の窒素は利用できません。 真核生物 有機合成用。原核生物はほんのわずかしかありません(たとえば、 シアノバクテリア, クロストリジウム, 古代 など)体内に豊富に存在する窒素分子を固定する能力があります。 雰囲気。若干の窒素固定 細菌 真核細胞の内部に内部共生生物として共生関係で住んでいます。たとえば、シアノバクテリア カンジダトゥス・アテロシアノバクテリウム・タラッサ (UCYN-A) は単細胞微細藻類の内部共生生物です ブラアルドスファエラ ビゲロウィ 海洋システムで。このような自然現象は、真核生物の進化において重要な役割を果たしたと考えられています。 セル 内部共生細菌の真核細胞への組み込みによる細胞小器官ミトコンドリアと葉緑体。最近発表された研究で、研究者らはシアノバクテリアが「UCYN-A」は真核生物の微細藻類と密接に統合されていました ブラアルドスファエラ ビゲロウィ そして、内部共生生物からニトロプラストと呼ばれる窒素固定真核細胞小器官に進化しました。これで微細藻類ができました ブラアルドスファエラ ビゲロウィ 最初に知られた窒素固定真核生物。この発見により、大気中の窒素の固定機能が原核生物から真核生物まで拡張されました。  

共生、つまり異なる種の生物が生息地を共有し、一緒に暮らすことは、一般的な自然現象です。共生関係にあるパートナーは、お互いに利益を得ることができます (相利主義)、一方が利益を得る一方で他方は影響を受けないこともあります (共生主義)、または一方が利益を得る一方で他方が害を受けることもあります (寄生主義)。一方の生物が他方の生物の内部で生存する場合、たとえば原核細胞が真核細胞の内部で生存する場合、共生関係は内部共生と呼ばれます。このような状況にある原核細胞は内部共生と呼ばれます。  

内部共生(すなわち、祖先真核細胞による原核生物の内部移行)は、より複雑な真核細胞に特徴的な細胞小器官であるミトコンドリアと葉緑体の進化において重要な役割を果たし、真核生物の増殖に寄与しました。好気性プロテオバクテリアは、環境がますます酸素に富んできた時代に、祖先真核細胞に侵入して内部共生菌となったと考えられています。酸素を利用してエネルギーを作り出す内部共生プロテオバクテリアの能力により、宿主の真核生物は新しい環境で繁栄することができましたが、他の真核生物は新しい酸素が豊富な環境によって課された負の選択圧により絶滅しました。最終的に、プロテオバクテリアは宿主系と統合してミトコンドリアになりました。同様に、一部の光合成シアノバクテリアは祖先真核生物に入り込み、内部共生するようになりました。やがて、それらは真核生物の宿主系と同化して葉緑体になりました。葉緑体を持つ真核生物は大気中の炭素を固定する能力を獲得し、独立栄養生物になりました。祖先真核生物からの炭素固定真核生物の進化は、地球上の生命の歴史における転換点でした。 

窒素はタンパク質や核酸の有機合成に必要ですが、大気中の窒素を固定する能力は少数の原核生物(一部のシアノバクテリア、クロストリジウム属、古細菌など)にのみ限定されています。大気中の窒素を独立して固定できる真核生物は知られていません。窒素を固定する原核生物と、成長に窒素を必要とする炭素を固定する真核生物との間の相互内部共生関係は、自然界でも見られます。そのような例の 1 つは、海洋系におけるシアノバクテリア Candidatus Atelochanobacterium thalassa (UCYN-A) と単細胞微細藻類 Braarudosphaera bigellowii とのパートナーシップです。  

最近の研究では、シアノバクテリア Candidatus Atelochanobacterium thalassa (UCYN-A) と単細胞微細藻類 Braarudosphaera bigellowii の間の内部共生関係が軟 X 線断層撮影法を用いて調査されました。藻類の細胞形態と分裂を視覚化したところ、真核生物の葉緑体とミトコンドリアが細胞分裂中に分裂するのと同じように、内部共生シアノバクテリアが均等に分裂する、調和のとれた細胞周期が明らかになった。細胞活動に関与するタンパク質の研究により、それらのかなりの部分が藻類のゲノムによってコードされていることが明らかになりました。これには、生合成、細胞成長、分裂に不可欠なタンパク質が含まれています。これらの発見は、内部共生シアノバクテリアが宿主細胞系と密接に統合し、内部共生生物から宿主細胞の本格的な細胞小器官に移行したことを示唆しています。その結果、宿主藻類細胞は、成長に必要なタンパク質や核酸を合成するために大気中の窒素を固定する能力を獲得しました。新しい細胞小器官の名前は ニトロプラスト 窒素固定能力があるからです。  

これにより単細胞微細藻類が作られます。 ブラアルドスファエラ ビゲロウィ 最初の窒素固定真核生物。この開発は、 農業 長期的には化学肥料産業。

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参照:  

  1. タイ州コール 2024. 海藻の窒素固定細胞小器官。科学。 11 年 2024 月 384 日。第 6692 巻、第 217 号、222-XNUMX ページ。土井: https://doi.org/10.1126/science.adk1075 
  1. Massana R.、2024。ニトロプラスト: 窒素を固定する細胞小器官。科学。 11 年 2024 月 384 日。Vol 6692、Issue 160。161-XNUMX ページ。土井: https://doi.org/10.1126/science.ado8571  

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ウメシュプラサド
ウメシュプラサド
科学ジャーナリスト | 『Scientific European』誌創設編集者

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