基因组研究挑战了之前对光合作用起源的理解

劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的植物生物学家与加州理工学院(加州理工学院)的同事合作，重建了光合作用的进化历史，为其起源的尚未展开的故事提供了新的见解。最常研究的光合作用形式是含氧光合作用，即植物利用太阳光将水转化为氧气的方法。然而，进一步研究不产生氧气的无氧光合作用对于了解早期微生物代谢如何影响地球的地球化学循环至关重要“光合作用支持我们星球上的大部分生命;然而，我们对这种重要的新陈代谢的进化知之甚少，”伯克利实验室环境基因组学和系统生物学部的博士后研究员Patrick Shih解释说，他是最近一项研究的共同第一作者。在美国国家科学院院刊上发表的题为“3-羟基丙酸自行车的演变和最近将无氧光合作用转移到Chloroflexi中”。加州理工学院地球生物学教授伍德沃德菲舍尔也是该研究的共同第一作者。

据认为，在氧气光合作用之前，无氧光合作用进化，在大气氧气上升之前，在地球上生命的一些最早证据中发挥作用。“人们普遍猜测，一种叫做Chloroflexi的特殊细菌群是无氧光合作用的发明者，”Shih说。“我们研究了不同Chloroflexi的基因组，并使用系统发育学来证明这个群体不可能是光合作用的最初发明者之一。”

研究人员利用比较基因组学和分子钟分析相结合的方法，确定了Chloroflexi门的光养营养成员最近进化为含氧光合作用的祖先，这一过程大约在23亿年前发展。相比之下，人们发现Chloroflexi根本没有先于这个过程，大约有8.67亿年前发展过。“我们使用系统发育方法来估计何时发生进化事件，特别是分子钟分析。分子钟是一种观察蛋白质分子进化速率的方法，然后可以使我们对特定事件何时发生进行估计，”Shih解释。“我们用这种方法来了解Chloroflexi门的光养营养成员何时进化。传统上认为Chloroflexi是我们所知道的最古老的光养系谱之一。但是，我们的分子钟分析显示这个群体实际上比以前更年轻。建议“。

该研究仅仅是确定重要微生物代谢的年龄和作用以及确定光养的最初发明者的起点。“我们已经证明，我们可以通过新的基因组学和系统发育工具重新审视几十年来一直存在的旧问题，”Shih补充道。“这项研究致力于理解光合作用的起源，并强调我们对驱动地球的主要新陈代谢的历史知之甚少。”