美國研究人員在一藻類中發現了能將氮氣轉化為細胞生長可利用氮的細胞器。這種被稱為硝化原生質體（nitroplast）的結構的發現，有助加大基因工程植物轉化氮或固氮力度，從而提高作物產量、減少其對肥料的需求。相關研究成果4月11日發表于《科學》。
據《自然》報道，“教科書上說，固氮過程只出現在細菌和古菌中。”論文通訊作者、美國加利福尼亞大學圣克魯斯分校海洋生態學家Jonathan Zehr說，他們發現的這種藻類是“第一種能固氮的真核生物”，這里的真核生物是指包含植物和動物的生物群。
上述發現源于2012年Zehr和同事的一項發現，當時他們觀察到海洋藻類——貝氏布拉藻，與固氮藍細菌UCYN-A存在密切的相互作用。UCYN-A似乎生活在貝氏布拉藻細胞內或細胞上。于是，Zehr等人提出假設——UCYN-A將氮氣轉化為藻類生長可利用的化合物，如氨，而作為回報，UCYN-A可以從藻類中獲得碳基能量。
此前的研究認為，UCYN-A這樣的藍細菌作為海洋單細胞藻類的內共生體存在。但在最新研究中，Zehr和同事認為，UCYN-A應該被歸類為藻類內部的細胞器，而不是一個單獨的生物體。
研究人員通過兩個關鍵標準來判斷UCYN-A是否已成為宿主細胞中的細胞器：一是，所討論的細胞結構必須通過宿主細胞世代相傳；二是該結構必須依賴于宿主細胞提供的蛋白質。
通過對數十個處于細胞分裂不同階段的藻類細胞進行成像，研究人員發現，UCYN-A在整個藻類細胞分裂之前一分為二，并通過這種方式，從親本細胞傳給后代。此外，研究人員發現占每個宿主細胞體積8%以上的UCYN-A缺乏光合作用和制造遺傳物質所需的關鍵蛋白質。它從藻類細胞中獲得生長所需的蛋白質。
上述發現表明，UCYN-A已經緊密整合到藻類細胞結構和器官分裂中，并且它導入了藻類基因組編碼的蛋白質，而這些是細胞器的特征。這足以表明UCYN-A已經超越了內共生關系，作為早期進化階段的固氮細胞器或硝化原生質體發揮作用。
在Zehr看來，了解這種硝化原生質體如何與其宿主細胞相互作用，有助設計通過自身固氮的作物。這將減少對作物對氮基肥料的需求，避免造成環境污染。
“讓作物自身擁有固氮細胞器是非常棒的想法。”德國杜塞爾多夫大學共生菌專家Eva Nowack說，但將讓植物擁有這種能力絕非易事，尤其困難的是讓含有硝化原生質體穩定地代代相傳。
