《微生物所合作发现最古老树生地衣化石》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2022-12-26
  •  近日,微生物所魏江春研究组与首都师范大学、广东省科学院动物研究所、中国农业大学、动物所等多家单位合作研究,建立了准确鉴定印痕地衣化石的研究范式,解析确认了内蒙古宁城县中侏罗世燕辽化石群中的地衣化石。该化石生长于和松科植物最为相近的裸子植物树枝上,是距今发现的反映树生地衣最古老和最直接的证据,表明地衣选择松科裸子植物作为生长基物可追溯至1.65亿年前,有助于我们理解侏罗纪裸子植物森林内部复杂生态关系。

      研究团队利用几何形态学分析(geometric morphometric analysis,GMA)定量评估了该化石地衣与现生地衣谱系的亲缘关系,并基于分子钟分析得到的各相关地衣谱系的分歧时间,共同支持该化石地衣归于一个独立新科Daohugouthallaceae。侏罗纪大型树生地衣的出现为地衣早期演化提供了直接的关键证据,更新了当前对大型地衣演化的认识。

      研究发表在《iScience》上。微生物所杨秋霞助理工程师和王延延副研究员为该文并列第一作者,微生物所魏鑫丽研究员、广东省科学院王永杰研究员和中国农业大学李虎教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目、科技部科技基础资源调查专项、科技部国家重点研发和广东省科学院科技发展专项的资助。

      论文链接:https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105770

  • 原文来源:http://www.im.cas.cn/xwzx2018/kyjz/202212/t20221223_6589251.html
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    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-08-06
    • 拟态是动物演化最成功的生存策略之一。昆虫作为地球上种类最丰富的生物,演化出丰富而多样的拟态类群,如模拟枯叶的枯叶蝶、模拟兰花的兰花螳螂、模拟枝干的竹节虫等。但是,对于昆虫拟态的起源和演化仍然不清楚,拟态研究成为生物学研究的热点和难点。近日,魏江春课题组魏鑫丽项目研究员与首都师范大学王永杰团队联合在生物学顶级期刊eLife上正式发表了题为“Lichen mimesis in mid-Mesozoic lacewings”的研究论文,发现了1.65亿年前最古老的拟态地衣的昆虫,并揭示了最早的昆虫拟态地衣的自我保护机制。   地衣是真菌与藻类或蓝细菌的共生体,由于具有类似植物外形的叶状体,最早被认为属于植物,后续研究发现其外形主要是由真菌作为主体进行控制,遂将其归入真菌界。地衣通常附生在树皮、岩石和土壤等表面上,从极地到热带地区均广泛分布,占据了地球陆地表面的7%。地衣能够分泌地衣酸等物质腐蚀岩石,促进表面土壤层的形成,因此地衣常被称为 “先锋生物”。在现代生态系统中,地衣分泌的地衣酸使许多动物不愿意靠近地衣,因此地衣与‘地衣耐受性动物’间形成了一个复杂而特殊的微生态体系,地衣与拟态地衣的昆虫是其中最具代表性的关系之一。最著名的地衣与昆虫关系的例子是19世纪的桦尺蛾“工业黑化现象”,随着工业革命造成了大量污染,伴随树皮上的地衣消亡,导致伪装地衣的浅色桦尺蛾更容易被鸟类捕食,深色桦尺蛾数量增加,随着环境转好,地衣大量恢复后,浅色桦尺蛾数量增加,这一经典的案例也被称为“Darwinian evolution in action”。 目前,昆虫拟态地衣的起源和早期演化仍然是研究的空白,解决这一问题的关键是找到更为古老地层中的地衣以及与之相似的昆虫。以往报道的最早疑似地衣化石发现于距今约4亿年前的早泥盆世地层中,但其分类位置一直存疑。研究现生地衣的学者一直以来都认为真正的大型地衣出现时间不早于6500万年。围绕着在更古老的中生代是否存在更古老的大型地衣以及拟态地衣的昆虫这一科学难题,首都师范大学王永杰团队联合魏江春课题组魏鑫丽项目研究员对此开展了合作研究。利用化石切片和扫描电子显微镜技术,对采自内蒙古宁城县中侏罗世燕辽昆虫群中发现的疑似地衣化石Daohugouthallus ciliiferus进行了详细的研究,发现了真菌菌丝和藻细胞及其缠绕等关键结构,表明D. ciliiferus是由真菌和藻细胞组成的共生体,以确凿的证据证明了其地衣属性,这也是目前为止发现的最早的大型地衣化石,将大型地衣出现的时间提前了近1亿年。为研究地衣的早期演化提供了新的证据。 本研究在地衣化石D. ciliiferus出现的同一地层发现了一种脉翅目昆虫,地衣美蛉Lichenipolystoechotes。通过对比分析发现其翅斑与D. ciliiferus的叶状体形态非常相似;通过对昆虫的翅斑各部位宽度以及D. ciliiferus化石的叶状体宽度的随机测量和统计分析,结果表明该昆虫与该地衣有着高度的相似性;同时在昆虫的翅斑上发现了大量黑色斑点, D. ciliiferus叶状体上也发现了相似的斑点,而此结构细节也进一步增加了二者相似性。近朗氏窗溪蛉Thyridosmylus paralangii是在现生脉翅目中的一类具有类似翅斑的昆虫,该类昆虫生活在较为潮湿的富有苔藓和地衣的环境中,与环境存在非常好的一致性;当侏罗纪时期的地衣美蛉栖息在D. ciliiferus的环境中,二者之间的相似性就使得地衣美蛉与环境形成高度的一致性。因此,侏罗纪时期地衣美蛉通过模拟D. ciliiferus获得生存优势,这是目前发现的首例最为古老的昆虫模拟地衣的例子,填补了化石昆虫拟态地衣的研究空白,证明了1.65亿年前昆虫与地衣已经形成了复杂的互作关系。  首都师范大学生命科学学院博士生方慧为该文第一作者,中国科学院微生物所魏江春课题组魏鑫丽项目研究员、首都师范大学王永杰副教授和刘家熙教授为共同通讯作者,美国国家自然历史博物馆研究员Conrad C. Labandeira、硕士生马依明和郑炳煜以及任东教授为共同作者。该研究过程中对地衣化石的解析得到了魏江春院士和陈健斌研究员的指导,并给出了建设性建议。该研究得到了教育部创新团队项目、国家自然科学基金项目、北京自然科学基金项目和首师大学科交叉研究院的资助。
  • 《微生物研究所东秀珠团队发现古菌转录终止机制》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-01-05
    •  古菌是有别于细菌和真核生物的第三种生命形式,它们具有细菌样的细胞形式,却使用真核生物样的遗传信息传递机器。由于古菌的发现和作为一个独立的生命域的确立晚于细菌和真核生物,而且它们多属于极端微生物,对其生物学过程及遗传机制认识较少。转录终止是重要的生物学过程,该过程界定一个转录子的3′端及其正确的结构,以保证储存在DNA中的遗传信息正确传递。转录终止的缺陷将导致转录组表达紊乱、基因表达调控失调、及生物大分子机器间的碰撞而导致染色体断裂等。因此,国际上对细菌和真核生物的转录终止机制进行了深入研究,但对于古菌的转录终止过程与机制仍所知甚少。   中国科学院微生物研究所东秀珠团队多年来致力于自然界中分布最广泛、种类最丰富的古菌类群——甲烷古菌的生理代谢及环境适应机制研究。该团队的李洁博士领导的研究小组经过10余年研究,发现模式甲烷古菌中组学水平的mRNA加工现象,改变了过去认为原核生物“mRNA不加工”的认知,揭示了古菌的核糖体蛋白合成和组装的转录后调控机制(Nucleic Acids Res,2017);发现mRNA加工对甲烷古菌的低温适应重要(Environ Microbiol, 2021),并揭示了相关核酸酶的工作机制(RNA Biol 2020;Mol Microbiol,2017);发现首个古菌的冷休克蛋白及其RNA伴侣蛋白功能(PLoS Genet,2019; Front Microbiol, 2017)。近期,该研究小组更是通过近6年的系统研究,报道了在古菌中寻找了近40年的全局转录终止因子-核酸内切酶aCPSF1,揭示了aCPSF1通过切割RNA 3′端而介导古菌转录终止的工作模式-真核生物RNA聚合酶II相似的转录终止模式,为“古菌是真核生物的进化起源”提供了新的遗传学证据。aCPSF1广泛分布于所有古菌中,而且亲缘关系甚远的奇古菌及Asgard古菌的aCPSF1在甲烷古菌中也发挥转录终止功能,说明古菌广泛采用aCPSF1依赖的转录终止模式。研究结果发表在Nucleic Acids Res(2020)。与黄力研究员研究组郑小伟博士合作,研究小组发现aCPSF1蛋白是古菌的新的系统发育分子标识,可用于古菌的分类学研究。古菌的aCPSF1分类系统具有比16S rRNA高的分辨率,又避免了目前采用的基因组系统发育分析中耗时长的问题。研究结果发表在Microbiology Spectrum(2021)上。  在上述工作基础上,研究小组采用新发展的RNA 3′端测序技术,并结合体外生化和体内遗传学实验,证明了终止因子aCPSF1特异识别的终止子信号-3′端的U-tract序列,并发现aCPSF1依赖其N端KH结构域特异性识别终止子信号,并依赖其核酸酶功能域完成mRNA 3′端的切割从而介导古菌的高效终止。由此发现显著区别于细菌,在古菌中,转录终止因子aCPSF1 (反式作用蛋白)与终止子U-tract序列(顺式元件)共协同控制高效转录终止效率;且该发现进一步表明尽管古菌采用真核样的转录终止模式,但其转录终止模式应是真核生物转录终止的初生并简化版本。该结果于12月30日在eLife在线发表。副研究员李洁、博士生岳雷和硕士生李志华为论文的并列第一作者,东秀珠研究员和李洁副研究员为共同通讯作者;研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的经费支持。      相关论文链接:   https://academic.oup.com/nar/article/48/17/9589/5898609   https://elifesciences.org/articles/70464   https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.01539-21