撰文丨王聪色色色色色色色色色色色色

裁剪丨王多鱼

排版丨水成文

家喻户晓，空气中78%是氮气（N 2 ），植物的滋长必需依赖氮元素，但植物并不成平直运用空气中的氮气，泥土中可被植物运用的氮绝大广宽来自于固氮菌（固氮细菌和古菌）的生物固氮， 直到1909年，弗里茨·哈伯发明了合成氨时候，结束了东谈主工固氮，匡助东谈主类惩办了化肥出产和食粮安全的紧要问题。

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2024年4月11月，加州大学圣克鲁兹分校、加州大学旧金山分校等机构的参议东谈主员相助，在海外顶尖学术期刊Science上发表了题为： Nitrogen-fixing organelle in a marine alga 的参论说文，该论文还被选为当期封面论文。

教科书告诉咱们，生物固氮只发生于细菌和古菌中，而这项参议发现了第一种固氮真核生物，其通过一种名为Nitroplast的新式细胞器来固定氮气 （N 2 ） 。

这一发现酷爱紧要色色色色色色色色色色色色，有助于促进对植物的基因工程修订，规画出大致自行固氮的作物，从而提升着物产量，减少对化肥的需求。此外，该参议也为从内共生体到信得过细胞器的诊治提供了一个新视角。

2012年，Jonathan P. Zehr团队发现贝氏布拉藻（Braarudosphaera bigelowii） 与一种名为UCYN-A的细菌密切互动，这种细菌似乎生涯在该藻类的细胞内或名义。他们以为，UCYN-A将氮气回荡为藻类滋长所需的氨，看成申诉，藻类为其提供滋长所需的碳源。

而在这项最新参议中，Jonathan P. Zehr团队得出新论断——UCYN-A应该被归类为藻类里面的细胞器，而不是一个孤苦人命。大要1亿年前，该细菌与藻类启动了共生相关，最终演形成了藻类细胞中的一个特意用来固氮的细胞器，参议团队将其定名 为——Nitroplast。

参议团队使用两个要害顺序来详情细菌是否一经成为宿主细胞中的细胞器。领先，该细菌的细胞结构必须通过宿主细胞世代相传。其次，这种结构必须依赖于宿主细胞提供的卵白质。

通过对数十个处于细胞差别不同阶段的贝氏布拉藻细胞进行成像，他们发现，在所有这个词藻类细胞差别之前，Nitroplast一经一分为二，通过这种面目，一个Nitroplast从亲本细胞传递给它的后代，就像其它细胞器雷同。

接下来，参议团队发现，Nitroplast从贝氏布拉藻细胞中获取滋长所需的卵白质，Nitroplast占据该藻类细胞体积的8%以上，Nitroplast零落光相助用和制造遗传物资所需的要害卵白质，必需依赖于藻类产生的好多卵白质。

参议团队示意，了解Nitroplast是若何与其宿主细胞相互作用的，不错匡助规画出大致自行生物固氮的农作物，从而减少对氮肥的需求，并减少环境轻易。虽然，将生物固氮才智引入植物中并非易事。

与细菌等原核生物比较，真核生物领有复杂的细胞器，举例线粒体和叶绿体，内共生假说以为，真核生物中的线粒体和叶绿体是由细菌进化而来。生物固氮是一些原核生物的私有才智，而这项参议清楚， UCYN-A在漫长的进化历程中，与贝氏布拉藻之间高出了内共生，成为了其一种处于早期进化阶段的细胞器。这为从内共生体到信得过细胞器的诊治提供了一个新视角。

论文持续：

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk1075

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.1222700

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