解析矽藻的超微結構多樣性

Diatom ultrastructural diversity across controlled and natural environments

矽藻（Diatoms）是全球海洋與淡水生態系的重要初級生產者，約貢獻五分之一的地球初級生產力，在碳循環與氣候調節中具關鍵作用。矽藻因其透明且巨大的細胞結構，早於十九世紀即成為細胞生物學的經典模式生物，但其堅硬的二氧化矽細胞壁長期限制了染劑滲透與基因操作，阻礙高解析影像與分子研究的進展。此篇研究結合冷凍固定與超微結構膨脹顯微術（cryo-fixation combined with ultrastructural expansion microscopy，cryo-ExM），首次成功突破矽藻細胞壁屏障，實現跨越八千萬年演化距離的多種矽藻之高解析三維成像。同時，研究團隊利用 COPAS Vision大顆粒流式分選儀，從 pan-European TREC 考察的浮游樣本中精準分離單一矽藻細胞，確保環境樣本完整且具代表性。結果揭示不同矽藻在間期微管組織上的共通性，以及葉綠體與蛋白核（pyrenoid）的結構差異，顯示其光合作用機構的多樣演化。此外，cryo-ExM 影像亦揭露矽藻與共生微生物間緊密的空間互作。此研究建立了可延伸至自然樣本的矽藻超微解析技術，為比較細胞學與海洋微生物生態研究開啟新契機。