非光合细菌有自己的生物钟

2022-02-25 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:454 /
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来自德国、丹麦和英国的一组研究人员已经确定了非光合革兰氏阳性细菌枯草芽孢杆菌的昼夜节律。枯草芽孢杆菌。影像学分:Á·科斯·科瓦奇,丹麦技术大学。昼夜节律是一种精致的内部计时机制,在自然界中广泛存在,使生物能够应对从白天到晚上,甚至跨季节发生的主要变化。这些分子节律存在于细胞内部,......

来自德国、丹麦和英国的一组研究人员已经确定了非光合革兰氏阳性细菌枯草芽孢杆菌的昼夜节律。

Bacillus subtilis. Image credit: Ákos Kovács, Technical University of Denmark.

枯草芽孢杆菌。影像学分:Á·科斯·科瓦奇,丹麦技术大学。

昼夜节律是一种精致的内部计时机制,在自然界中广泛存在,使生物能够应对从白天到晚上,甚至跨季节发生的主要变化。

这些分子节律存在于细胞内部,利用日光和温度等外部信号来使生物钟与环境同步。

尽管细菌占地球生物量的12%,对健康、生态和工业生物技术很重要,但人们对它们的24小时生物钟知之甚少。

先前的研究表明,需要光来产生能量的光合细菌有生物钟。

慕尼黑路德维希马克西米利安大学医学心理学研究所研究员、资深作者玛莎·默罗教授说:“我们首次发现非光合细菌可以报时。

“他们通过在光照或温度环境下读取周期,使分子工作适应一天中的时间。”

科学家们应用了一种技术,该技术包括添加一种产生生物发光的酶,使他们能够可视化生物体内基因的活性。

他们专注于两个基因:首先是一个名为ytvA的基因,它编码一种蓝光感光细胞,其次是一种名为KinC的酶,它参与诱导细菌生物膜和孢子的形成。

与12小时光照和12小时黑暗的周期相比,他们观察了恒定黑暗中的基因水平。

他们发现,ytvA水平的模式根据明暗周期进行调整,在黑暗时期水平增加,在光明时期水平减少。在持续的黑暗中仍然观察到一个循环。

研究小组观察了如何花了几天时间才出现一个稳定的模式,如果条件相反,这个模式可能会逆转。

这两个观察结果是昼夜节律的共同特征,也是它们对环境暗示的适应能力。

作者利用每天的温度变化进行了类似的实验。

例如,增加每日周期的长度或强度,并发现ytvA和kinC的节律以与昼夜节律一致的方式进行调整,而不仅仅是根据温度简单地打开和关闭。

“我们的研究打开了研究细菌昼夜节律的大门,”合著者安东尼·多德博士说,他是约翰·英尼斯中心的研究人员。

“现在我们已经确定,细菌可以告诉我们需要什么时间来找出导致这些节律发生的过程,并理解为什么保持节律会给细菌带来优势。”

这一发现发表在《科学进展》杂志2021年1月8日的一篇论文中。

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zhengeederink-Chen等,2021。非光合成原核生物的生物钟。科学进展7(2)eabe 2086;doi: 10.1126/sciadv.abe2086


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