被认为是单一物种的关键生物燃料生产微藻实际上有三种

一场全球性的疫情迫使之前的研究生德文·博兰德(DevonBoland)博士走出实验室，转而使用电脑，结果他在长期研究的布朗葡萄藻(Botryoccocusbraunii)物种中发现了隐藏的巨大差异——并且发现它根本不是一个物种，而是三个。

布朗葡萄藻最早是在19世纪中期被发现的。严格意义上来说，它是一种植物，可以进行光合作用，最令研究人员感兴趣的是，它能产生大量碳氢化合物，可用作可再生燃料。

以前人们认为它是一种单一物种，有三个品系：A、B和L，每个品系产生的油脂类型略有不同。但在发现每个品系之间存在20%–30%的显著遗传差异后，德克萨斯州农工大学农业生命研究所的研究人员提出了一种新的分类方法，并实现了所有生物学家命名物种的梦想。

“作为一名研究生，你读到的论文都说了同一件事，即这是一个拥有三种化学种族的单一物种，然后你就内化了这种观点，”基因组比较研究的第一作者博兰德说。“你开始认为这一定是对的。没有人发现其他的，而且所有这些科学家的职业生涯都比我长得多——我只是个孩子。

“但我最终为一个物种提出了名字，并且被接受出版，这是我从未想过会发生的事情。”

在来到德克萨斯农工大学之前，博兰德的本科研究主要致力于蛋白质工程等领域的“基本”生物化学研究。他的研究生论文旨在研究布朗葡萄藻合成其独特碳氢化合物的生产过程。

但当新冠肺炎疫情来袭时，博兰德担心会浪费他完成论文的时间，并有可能推迟毕业。

对此，德克萨斯A&M农业与生命科学学院本科项目副主任兼生物化学与生物物理系副教授TimDevarenne博士建议Boland借此机会深入研究遗传数据和生物信息学。

Devarenne说：“在研究中，绘制出你感兴趣的生物体的基因组图谱总是理想的，因为它可以让你更容易地找到基因并确定它们的功能。”

实验室的另一位研究生丹尼尔·布朗(DanielBrowne)曾进行过一些测序并组装了B族的基因组。在伦和博兰的一次每周会议上，伦提议他们尝试对A族和L族做同样的事情。

“这有双重好处，”博兰德说。“我们能够做一些以前没有做过的事情，而且它可以帮助我们更好地了解碳氢化合物的生物合成。”

尽管在显微镜下几乎无法区分这些种族，但博兰德表示，对于这些种族是否属于不同物种，人们一直存在争议。他们想知道基因组研究能否解答这个问题。

除了Devarenne、Boland和Browne，研究团队成员还包括Devarenne实验室的博士后研究员IvetteCornejoCorona博士、另一位研究员、生物化学和生物物理系教授JohnMullet博士、Mullet实验室前研究生RebeccaMurphy博士，以及Botryococcus研究的长期合作者、日本东京大学教授ShigeruOkada博士。

遗传分析

尽管葡萄藻因其碳氢化合物的生产而被广泛研究，但对其基因组进行测序却已被证明很困难。

博兰德现在是德克萨斯农工大学基因组科学与社会研究所的助理研究员，他说细胞所处的厚厚的油性介质使提取和分离DNA变得非常困难。

尽管如此，研究小组还是决心分析基因组，以了解各个种族生物燃料生产过程中涉及的基因和蛋白质之间的相似性。

但在拼凑基因组并使用德克萨斯A&M高性能研究计算中心的超级计算机进行基因组比较后，博兰德表示，很明显这些生物不是同一物种。

“好像我们看到的每个地方，事物都是不一样的，”他说。

最后，研究人员表示，大约每5个基因中就有1个是每个葡萄藻种所独有的。从这20%的差异来看，人类和我们最近的进化亲属黑猩猩之间的基因差异不到2%。

经过进一步验证后，Boland和Devarenne开始重新分类葡萄藻种群。Boland表示，团队花了数月时间研究不同的名称。

他们保留了种族B的原始名称Botryococcusbraunii，以保存其历史，并将种族A重新命名为Botryococcusalkenealis，将种族L重新命名为Botryococcuslycopadienor，这两个名称分别表示各自产生的碳氢化合物类型。

是什么构成了一个物种

近年来，生物学家在对生物进行分类时更加重视基因和基因组。

但即使有充分的证据证明这些葡萄藻属于不同的物种，伦纳说，真正决定一个物种的是科学界的普遍接受程度。

在PLOSONE上发表了他们的研究成果后，Devarenne与100多名在自己实验室研究这些生物的研究人员分享了该团队的研究成果。

“我们如何定义不同的物种可能不会因这些生物在研究中的使用方式而发生很大变化，”他说。“但对于科学理解而言，重要的是我们如何看待这些生物彼此之间以及与所有其他物种之间的关系。”

博兰德表示，他和伦内将研究成果发表在开放获取期刊上，以便其他科学家可以借鉴他们的研究成果。该物种的完整基因组也可在美国国家生物技术信息中心网站上找到。

“对我们来说，重要的是信息在准备发表时能够公开，”他说。“科学是由社区驱动的。我们的最终目标始终是增进我们的集体知识，我认为这就是我们在这里所取得的成就。”