Genomforskning udfordrer tidligere forståelse af fotosyntesens oprindelse

Plantebiologer ved Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), i samarbejde med kolleger fra California Institute of Technology (Caltech), har rekonstrueret fotosyntesens evolutionære historie for at give ny indsigt i den endnu udfoldende historie om dens oprindelse.

Den mest almindeligt studerede form for fotosyntese er oxygenisk fotosyntese, metoden, hvorved planter bruger sollys til at omdanne vand til ilt. Imidlertid, yderligere undersøgelser af anoxygen fotosyntese, som ikke producerer ilt, er afgørende for at forstå, hvordan tidlige mikrobielle metabolisme kan have påvirket planetens geokemiske cyklusser.

"Fotosyntese understøtter størstedelen af ​​livet på vores planet; dog vi ved meget lidt om, hvornår dette vigtige stofskifte udviklede sig, " forklarede Patrick Shih, en postdoktor i Berkeley Labs afdeling for miljøgenomik og systembiologi og medforfatter af en nylig undersøgelse i Procedurer fra National Academy of Sciences med titlen "Evolution af 3-hydroxypropionatcyklen og nylig overførsel af anoxygen fotosyntese til Chloroflexi." Woodward Fischer, professor i geobiologi ved Caltech, er også medførsteforfatter til undersøgelsen.

Det menes, at anoxygen fotosyntese udviklede sig før oxygenisk fotosyntese, spiller en rolle i nogle af de tidligste beviser for liv på Jorden, før stigningen af ​​atmosfærisk ilt.

"Det er blevet spekuleret i, at en særlig gruppe bakterier kaldet Chloroflexi var opfinderne af anoxygen fotosyntese, " sagde Shih. "Vi kiggede gennem genomerne af forskellige Chloroflexi og brugte fylogenetik til at vise, at denne gruppe ikke kunne have været en af ​​de oprindelige opfindere af fotosyntesen."

Ved at bruge en kombination af komparativ genomik og molekylære uranalyser, forskere fastslog, at fototrofiske medlemmer af Chloroflexi phylum udviklede sig alt for nylig til at have været stamceller til oxygenisk fotosyntese, en proces, der udviklede sig for omkring 2,3 milliarder år siden. I modsætning, det viste sig, at Chloroflexi slet ikke gik forud for processen, have udviklet sig for omkring 867 millioner år siden.

"Vi brugte fylogenetiske metoder til at vurdere, hvornår evolutionære begivenheder fandt sted, specifikt molekylære uranalyser. Molekylære ure er en måde at se på graden af ​​molekylær udvikling af proteiner, som så kan sætte os i stand til at foretage skøn over, hvornår specifikke begivenheder fandt sted, " Shih forklarede. "Vi brugte denne metode til at forstå, hvornår fototrofiske medlemmer af Chloroflexi phylum udviklede sig. Chloroflexi har traditionelt været anset for at være en af ​​de ældste fototrofiske slægter, vi kender til. Imidlertid, vores molekylære uranalyse afslører, at denne gruppe faktisk er meget yngre end tidligere antydet."

Denne undersøgelse er blot udgangspunktet for at bestemme alderen og rollen af ​​vigtige mikrobielle metabolisme og identificere de oprindelige opfindere af fototrofi.

"Vi har vist, at vi kan gense nogle gamle spørgsmål, der har eksisteret i årtier med nye genomiske og fylogenetiske værktøjer, " Shih tilføjede. "Denne undersøgelse omhandler forståelse af oprindelsen af ​​fotosyntese og fremhæver, hvor lidt vi ved om historien om det store stofskifte, der driver vores planet."