現在一般的真核細胞,裡頭配備許多胞器與細胞核,結構比原核細胞複雜許多。原核細胞是最早的生命形式,後來才出現的真核細胞,結構是如何演化而來?真核細胞中最特殊的粒線體,有雙層膜與獨立的DNA,目前「內共生」理論認為,粒線體來自本來獨立在外,親緣最接近現在α-變形菌(alphaproteobacteria)的某種細菌。這種細菌進入另一個類似現在古生菌的細胞,兩者產生共生關係後,一起演化為後來的真核細胞。

Late acquisition of mitochondria by a host with chimaeric prokaryotic ancestry

KMT suck  

 

內共生事件,也就是粒線體祖先進入另一個細胞時,本來那個細胞的狀態為何?那些胞器,以及細胞核已經存在了嗎?如圖,mito-early假說認為,粒線體進入的是空空的新家,mito-late假說則主張內共生發生時,細胞已經配備多數胞器,只差粒線體。

 

這個2016年的論文,研究早在真核生物的共同祖先時期,就已經存在的基因,比較不同功能基因出現的先後次序,來回答以上問題。論文發現,按照基因出現的時間,可以大致歸為3群。第一群存在最久,負責最基本的細胞功能-複製、轉錄、轉譯,反映的是真核細胞一開始的狀態。另一群與能量有關,部分位於粒線體的基因,則與α-變形菌類似,反映惹內共生事件對真核細胞遺傳上的影響。

 

有趣的是,還有一群基因,加入真核大家庭的時間,比粒線體帶來的人馬更早,有些工作位置位於內膜系統,例如高爾基體、內質網上。作者因而推論,早在粒線體尚未加盟以前,真核細胞的祖先,至少就已經配備一些胞器,有一定的複雜度惹。也就是圖最下面mito-intermediate那條。

 

下一個問題是,這些比粒線體更資深的成員,是怎麼來的?是藉由與粒線體類似的內共生事件,還是長期多次的水平基因轉移造成?

 

《Nature》論文短評:

Evolution: Mitochondria in the second act

 

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