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硅藻在铵的作用下变为有性生殖
新研究显示一种单细胞藻类——硅藻虽然曾经被认为是无性生殖，但其实是能通过有性生殖繁衍后代的。科学家了解到一种常见的化合物——铵使得这种无所不在的生物体充满兴致。
这一发现已发表在7月7日的PLOS One上，有助于更好地理解□□的演变，并同样蕴含重要的生物技术。
通讯作者俄勒冈州立大学微生物学家Kimberly Halsey说道：“我们的发现解决了长期困扰硅藻研究者的两个谜题。是的，他们的确会□□，是的，我们可以使他们□□。”
credit: 煎蛋画师BC
硅藻作为一种生物能来源极具潜力，也可用于生物传感。此外，他们复杂的二氧化硅细胞壁为材料化学家和给药研究者提供了有希望的纳米技术应用。
世界上总共存在20多万种硅藻，几乎在任何有水的地方这种生物体都很丰富，在春秋形成巨大的水华，帮助驱动海洋碳循环。
Halsey说道：“硅藻令人惊异：他们的二氧化硅细胞壁美妙精致。由于我们能控制他们的性途径，这就打开了具有不同特性的不同硅藻之间杂交的可能。我们应该可以像玉米或者水稻或者草莓那样繁殖他们，选择想要的特质。”
Halsey和植物学合作者们以及来自俄亥俄州立大学科学与农业科学学院的统计学家一起研究了“辐射”伪矮海链藻这种模型生物体，这是两种硅藻之一，另一种是三角褐指藻这种羽纹纲硅藻。
辐射硅藻是放射对称的，可以将其形状想象为罐头，羽纹硅藻是左右对称的，瘦长形，类似于豌豆荚。
Halsey说道：“每个人都说伪矮海链藻是无性生殖的，因为他们从未见过其他的。一般的想法是这种硅藻失去了有性繁殖这种能力或者需求。”
Halsey强调道，其他科学家已证实伪矮海链藻保留有减数分裂所需的基因，而减数分裂一种针对有性繁殖的基因复制方式，由此总结认为硅藻并没有使用这些基因。
“但我们开始发现细胞结构上非常不同的形态学变化，在这一研究中与性活动相关联。我们也观察到涉及鞭毛结构和组装的基因的表达，这只可能发生于精子细胞中。”
研究第一作者、研究生Eric Moore震惊于了解到“这些单细胞生物体也可分为雄性和雌性细胞，完全改变自身的形态。”
其他研究者先前研究不同类型辐射硅藻的工作表明，生长压力——光线的中断、盐度的变化、营养素的转移某些时候可能但并非可靠地导致细胞变成有性的。
Halsey说道：“诱导辐射硅藻变为有性的实验室尝试多种多样，从甜言蜜语到酷刑折磨。”
但Halsey的团队进行的手动显微分析发现，铵这种常见于动物代谢废物的化合物能够可靠地导致两株伪矮海链藻和两株其他辐射硅藻改变自身细胞结构，生成卵细胞和精子。当其他细胞生长因子——光线、磷或者二氧化硅等至少一种短缺时，铵可以使得硅藻准备进行有性繁殖。
另外，RNA测序表明当硅藻的欲火被铵点燃时，1200多种硅藻基因的活性变化了。Halsey认为在自然界中，吃硅藻水华的原生生物会排泄出铵，触发硅藻的性别化。
她说道：“使硅藻具有性别的明确环境因素集合尚不清楚。但将铵鉴定为一种性别诱导剂可能打开了新的繁衍和控制重要特质的基因修改研究之路。”
论文原文：https://doi.org/10.1371/journal.pone.0181098
