Science Advance | 德国科隆大学研究揭示独特的三重共生体系！

在现有的生态系统中，异养生物和光合藻类之间的共生关系广泛且具有重要的生态意义。许多真核生物因此成为混合营养生物，即它们通过从藻类中获取藻类内共生菌或叶绿体，将捕食和光合作用结合起来。光合自养内共生体通常将光合产物（如糖、有机酸和氧气）释放到宿主体内，而宿主则提供营养丰富的环境（如氮和矿物质）以及抵御捕食者和病毒的物理保护。目前，几乎所有已知的光合作用都涉及进行含氧光合作用的蓝细菌或真核藻类，除了海洋纤毛虫Strombidium purpureum，其紫色细菌内共生体仍未表征。只有一种真核生物被描述为在同一宿主细胞中同时携带绿藻和紫色细菌。这是一个令人费解的组合，因为这两组光合作用通常在自然界中占据不同的位置。绿藻是好氧和含氧的，而紫色细菌主要是厌氧和无氧的。此外，由于光合色素不同，绿藻和紫色细菌吸收不同的波段（例如，叶绿素 a 的吸收峰在~600 至 700 nm 处，而细菌叶绿素 a 的吸收峰在~800 至 900 nm 处）。因此，尚不清楚具有这些截然不同的光合生理学的两种内共生体如何在同一宿主细胞质中共存，以及这种复杂的共生体如何在其环境中生存。

近日，权威学术期刊Science Advance发表了德国科隆大学Sebastian Hess教授团队的最新相关研究成果，题为A microbial eukaryote with a unique combination of purple bacteria and green algae as endosymbionts的研究论文。

有氧光合作用（蓝藻和真核藻类）在整个进化过程中反复成为内共生体。相比之下，无氧光合生物（例如，紫色细菌）作为细胞内共生体极为罕见。科研人员研究了一种非常罕见且令人费解的三重共生关系。该共生体由作为宿主的纤毛虫和两种类型的内共生菌组成：绿藻和以前未知的紫色细菌。通过对纤毛虫的基因分析，研究人员发现这种内共生体属于所谓的“紫色硫细菌”，但已经失去了氧化还原硫化合物的能力。紫色细菌的基因组大大减少，表明该细菌主要通过光合作用专性从事碳固定。它可能不再能够生活在宿主细胞之外。因此，新的细菌物种“Candidatus Thiodictyon intracellulare”是已知紫硫细菌中的一个显着例外。基于对自然样本的观察、共生体的微观细节以及基因组数据，出现了有趣的结果。共生产生了一种独特的嵌合生物：一种能动且贪婪的细胞，同时利用无氧光合作用产生的光能栖息在池塘的深层和缺氧层，绿藻似乎起次要作用。相反，关键的生理贡献来自对氧敏感的紫硫细菌。因此，这种紫绿色纤毛虫代表了一个非凡的例子，说明共生如何融合不同的生理机能，并允许新兴的共生体创造新的生态位。

图 1 P. tenue 及其两种光合内共生体的形态学

图 2 共生伙伴的系统发育、细胞定位以及“Ca. T. intracellulare”

图3 预测的紫色内共生体"Ca. T. intracellulare"

图 4 共生伙伴之间潜在的代谢物交换和预测的每个共生伙伴在四个离散微环境中的首选生理机能

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