美國研究人員在一藻類中發(fā)現(xiàn)了能將氮氣轉化為細胞生長可利用氮的細胞器。這種被稱為硝化原生質體（nitroplast）的結構的發(fā)現(xiàn)，有助加大基因工程植物轉化氮或固氮力度，從而提高作物產(chǎn)量、減少其對肥料的需求。相關研究成果4月11日發(fā)表于《科學》。
據(jù)《自然》報道，“教科書上說，固氮過程只出現(xiàn)在細菌和古菌中。”論文通訊作者、美國加利福尼亞大學圣克魯斯分校海洋生態(tài)學家Jonathan Zehr說，他們發(fā)現(xiàn)的這種藻類是“第一種能固氮的真核生物”，這里的真核生物是指包含植物和動物的生物群。
上述發(fā)現(xiàn)源于2012年Zehr和同事的一項發(fā)現(xiàn)，當時他們觀察到海洋藻類——貝氏布拉藻，與固氮藍細菌UCYN-A存在密切的相互作用。UCYN-A似乎生活在貝氏布拉藻細胞內(nèi)或細胞上。于是，Zehr等人提出假設——UCYN-A將氮氣轉化為藻類生長可利用的化合物，如氨，而作為回報，UCYN-A可以從藻類中獲得碳基能量。
此前的研究認為，UCYN-A這樣的藍細菌作為海洋單細胞藻類的內(nèi)共生體存在。但在最新研究中，Zehr和同事認為，UCYN-A應該被歸類為藻類內(nèi)部的細胞器，而不是一個單獨的生物體。
研究人員通過兩個關鍵標準來判斷UCYN-A是否已成為宿主細胞中的細胞器：一是，所討論的細胞結構必須通過宿主細胞世代相傳；二是該結構必須依賴于宿主細胞提供的蛋白質。
通過對數(shù)十個處于細胞分裂不同階段的藻類細胞進行成像，研究人員發(fā)現(xiàn)，UCYN-A在整個藻類細胞分裂之前一分為二，并通過這種方式，從親本細胞傳給后代。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)占每個宿主細胞體積8%以上的UCYN-A缺乏光合作用和制造遺傳物質所需的關鍵蛋白質。它從藻類細胞中獲得生長所需的蛋白質。
上述發(fā)現(xiàn)表明，UCYN-A已經(jīng)緊密整合到藻類細胞結構和器官分裂中，并且它導入了藻類基因組編碼的蛋白質，而這些是細胞器的特征。這足以表明UCYN-A已經(jīng)超越了內(nèi)共生關系，作為早期進化階段的固氮細胞器或硝化原生質體發(fā)揮作用。
在Zehr看來，了解這種硝化原生質體如何與其宿主細胞相互作用，有助設計通過自身固氮的作物。這將減少對作物對氮基肥料的需求，避免造成環(huán)境污染。
“讓作物自身擁有固氮細胞器是非常棒的想法。”德國杜塞爾多夫大學共生菌專家Eva Nowack說，但將讓植物擁有這種能力絕非易事，尤其困難的是讓含有硝化原生質體穩(wěn)定地代代相傳。
