研究人员重新定义了细胞巨头的起源

在自然出版的一项新研究中，由瑞典乌普萨拉大学领导的一个国际研究小组提出了线粒体的新进化起源 - 也被称为“细胞的发电站”。线粒体是能量转换细胞器，它们在地球上复杂细胞生命的出现中发挥了关键作用。

线粒体是必需的细胞器，以燃料电池的能量转换反应而闻名。线粒体代表真核细胞的重要标志 - 这些包括所有复杂细胞类型，包括动物，植物，真菌等 - 基本上所有多细胞生物。所有真核细胞都具有(或曾经有)线粒体的事实表明这些细胞器的起源可能在复杂的真核细胞的进化出现中发挥了重要作用。过去几十年的证据强烈支持线粒体通过内共生进化，这是一种宿主细胞摄取自由生活细菌的过程。然而，线粒体祖先的身份以及内共生的性质是激烈争论的主题。

“以前的工作提供了强有力的证据，证明线粒体与称为Alphaproteobacteria的细菌群有关，”乌普萨拉大学的博士后研究员，该研究的第一作者Joran Martijn说。“从哪个alphaproteobacterial谱系线粒体进化尚不清楚 - 不同的研究指出了完全不同的alphaproteobacterial群。为了解线粒体的起源，还有真核生物的起源，了解线粒体祖先的身份至关重要。”

一些科学家提出，线粒体是从立克次氏体进化而来的，立克次氏体是一种寄生的细菌，与线粒体一样，生活在真核细胞内，通常完全依赖宿主细胞生存。其最着名的成员，立克次氏体(Rickettsia prowazekii)，是一种臭名昭着的人类病原体，可引起斑疹伤寒。

“我们认为，对于线粒体祖先的身份缺乏共识有两个主要原因，”乌普萨拉大学细胞与分子生物学系研究员Thijs Ettema说，他领导该团队开展这项研究。“首先，现在的亲属可能还没有被发现 - 如果它们甚至还存在的话。其次，重建线粒体的进化历史是极具挑战性的，并且很容易导致非常不同的因此相互矛盾的结果“。

乌普萨拉团队试图通过采用大胆的方法解决这一僵局。通过分析来自太平洋和大西洋的大量环境测序数据，他们设法确定了几个以前未被识别的α蛋白质组。利用新开发的方法，该团队设法重建了40多个alphaproteobacteria的基因组，属于12个不同的群体。

“这些新发现的alphaproteobacteria的扩展基因组基本上帮助我们确定了线粒体的位置，”Martijn说。“我们希望通过在我们的分析中使用更平衡的一组alphaproteobacteria，我们可以克服以前研究中遇到的一些问题。”

出乎意料的是，他们的分析支持了线粒体的新位置，现在它被放置在Alphaproteobacteria之外。

这些结果表明，线粒体不是目前公认的任何α蛋白细菌群的最亲近的，包括立克次氏体。相反，线粒体从祖先进化而来，后来产生了所有目前公认的Alphaproteobacteria。

“我们怀疑流行的立克次氏体相关的线粒体血统是一种方法论假象的结果。”Martijn解释道。“线粒体和立克次氏体在非常相似的条件下进化，这可能导致非常相似但独立的进化模式和序列模式。这反过来可能使先前确定线粒体进化起源的工作复杂化。”

该研究未能确定线粒体祖先的任何现今亲属。

“当然，这有点令人失望，”埃特玛说。“但也许我们一直在寻找错误的地方。在这项研究中，我们专注于海洋水域，因为众所周知这些水域含有大量无特征的alphaproteobacteria。”

Ettema和他的团队将继续寻找线粒体亲属。“解开线粒体的起源是了解复杂生命起源的关键。如果现代线粒体亲属仍然存在，我相信我们会在某些时候找到它们。”