PNAS  (IF=9.499)  2021-07-06

法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学细胞与植物生理学实验室 Johan Decelle课题组

内共生已经形成了生命的进化轨迹，并且在生态学上仍然很重要。研究海洋光合生物可以阐明藻类内共生体是如何被异养宿主积极利用，并为真核生物初始获取质体的步骤提供信息。通过将三维亚细胞成像与光生理学、碳通量成像和转录组学相结合，我们发现内共生体（棕囊藻）的细胞分裂在宿主（棘藻）内被阻断，其细胞结构和生物能量机制发生了根本性改变。转录证据表明，营养独立的机制阻止共生细胞分裂，并使核和质体分裂解耦。随着内共生质体的增殖，光合作用的体积增加了100倍，这与靠近质体的线粒体网络的扩展有关。光合效率随着细胞大小的增加而增加，光子传播模型表明网络化线粒体结构增强其对光的捕获能力。在这个过程中，碳吸收能力增强了150倍，参与光合作用和碳固定的基因表达上调，并且蛋白核的体积增加约15倍，表明共生体的初级代谢能力增强。质谱成像显示碳元素主要分配到质体并转移到宿主细胞。与大多数光合生物一样，微藻在宿主吞噬体（共生体）中，但在这里，吞噬体嵌入微藻细胞，可能是为了优化代谢交换。这一观察结果为藻类形态变化是不可逆转的论断提供了补充证据。因此，宿主触发并受益于共生微藻的主要生物能量重塑，对海洋的碳循环具有潜在影响。与其他光合生物不同，这种相互作用代表了所谓的细胞捕获，是质体获得的初始步骤。

原文及链接：Cytoklepty in the plankton: A host strategy to optimize the bioenergetic machinery of endosymbiotic algae

https://doi.org/10.1073/pnas.2025252118