论文摘要
叶绿体是植物进行光合作用的细胞器,“内共生学说”认为叶绿体起源于蓝藻类的原核生物。在漫长的进化过程中,蓝藻类的原核生物被原始的真核细胞吞噬入胞内,与宿主细胞长期共生,逐渐演化为叶绿体。虽然由于失去或向核内转移一些基因而与蓝藻形成巨大差异,但叶绿体还带有明显的蓝藻的进化特征与痕迹。分子生物学的研究成果已经为叶绿体内共生起源学说提供了较为坚实的论据,但大多集中于基因序列的进化分析,从代谢网络的比较研究出发,用系统生物学手段来揭示光合作用的进化尚未见报道。叶绿体和蓝藻的代谢网络之间存在着相似性或继承性,但在内共生过程中,蓝藻中的大量基因水平转移到植物的细胞核上,在核内编码,在细胞质内翻译,再转运到叶绿体,这些蛋白运输过程需要大量能量和复杂调控。所以作为专门进行光合作用的细胞器,叶绿体的代谢网络是否具有与其祖先不同的特征使其在光合作用方面更加高效呢?本文利用现有数据库和文献信息重构叶绿体和九种光合细菌(有八种蓝藻)的代谢网络,比较结构和功能的相同和不同,发现网络的演化规律,揭示叶绿体代谢网络结构的改变使得其具有更高效的光合作用。同时,该方法和思路也可用于线粒体代谢网络的进化研究,对于从系统生物学水平研究物种进化具有重要的理论意义。
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