藍綠菌(cyanobacteria)也會互相聯絡

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多細胞生物的細胞之間可以透過細胞連接(intercellular connections)或原生質絲(plasmodesmata)來互相聯絡、互通有無,單細胞的藍綠菌(cyanobacteria)會不會跟旁邊的藍綠菌聯絡及互通有無呢?


最近的研究在兩種藍綠菌(SynechococcusProchlorococcus)中找到了所謂的「胞間奈米管」(intercellular membrane nanotubes)。



一開始看到時,他們想,這會不會是一種假象呢?於是他們就觀察相同種類的藍綠菌的其他菌株,結果還是看到了胞間奈米管。這意味著他們看到的不是假象。


接著,他們想知道這些胞間奈米管是不是有功能。於是,他們讓Synechococcus PCC 7002 表現兩種形式的綠色螢光蛋白(GFP):一種位於細胞質中 (cGFP),另一種位於周質空間 (pGFP)。


結果他們發現在表現 cGFP 的細胞中,可以清楚地觀察到胞間奈米管,並且 GFP 信號在奈米管中可見。不過,他們無法在表現 pGFP的細胞中觀察到胞間奈米管。這意味著奈米管連接了細胞質,能夠讓 cGFP 透過胞間奈米管在細胞間移動。


他們還使用螢光染料 Calcein-AM標記Synechococcus PCC 7002。Calcein-AM 本身不發螢光,但進入活細胞後會被轉化為螢光形式。然後,他們將它與未標記的SynechococcusProchlorococcus細胞混合。過了一段時間以後,未標記的細胞也開始出現螢光,顯示 Calcein 已經從標記的細胞轉移到未標記的細胞,也就是說,這些藍綠菌看似各自獨立,但是他們會互通有無,且可能就是透過胞間奈米管來做這件事。而且,不同種的藍綠菌之間也會交換物質。


不過,這些胞間奈米管,會不會只存在於實驗室的菌株中呢?研究團隊在西班牙加的斯灣 (Cádiz Bay) 的自然樣本中也觀察到了奈米管,證實了它們不是實驗室假象,而是自然發生的。


所以,不只是多細胞植物之間會透過原生質絲互相聯絡,單細胞的藍綠菌也會做類似的事情。只是用的工具不太一樣罷了。不過,細菌好像只有在需要發生接合生殖的時候會互相連接?


海洋藍綠菌 (例如SynechococcusProchlorococcus) 是海洋中最多的光合生物,負責全球約四分之一的初級生產。這些微生物之間的直接相互作用和物質交換,可能對它們與其他生物的相互作用及其種群動態產生重要影響。


參考文獻:


Angulo-Cánovas E, Bartual A, López-Igual R, Luque I, Radzinski NP, Shilova I, Anjur-Dietrich M, García-Jurado G, Úbeda B, González-Reyes JA, Díez J, Chisholm SW, García-Fernández JM, Del Carmen Muñoz-Marín M. Direct interaction between marine cyanobacteria mediated by nanotubes. Sci Adv. 2024 May 24;10(21):eadj1539. doi: 10.1126/sciadv.adj1539. Epub 2024 May 23. PMID: 38781331; PMCID: PMC11114229.


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