Penium margaritaceum
Дослідники з Корнельського університету (Cornell University) секвенували і проаналізували геном одноклітинної водорості, яка відноситься до найближчої до наземних рослин еволюційної лінії, тому її будова може багато чого розповісти про те, як водні рослини стали заселяти сушу.
Нещодавно в журналі Cell опубліковано звіт про дослідження "Геном водорості Penium margaritaceum: віхи походження наземних рослин ".
Penium margaritaceum належить до відділу прісноводних водоростей-харофітів, класу зланцюгів (Zygnematophyceae), у яких з першими наземними рослинами, що вимовили близько 600 мільйонів років тому, був загальний предок. Щоб здійснити перехід з води на сушу, рослини повинні були захищати себе від ультрафіолетового випромінювання і небезпеки висихання. Також потрібно було розвинути органи, які підтримували б рослину на землі в умовах відсутності плавучості. Як це відбувалося, вченим поки не цілком зрозуміло.
Дослідники виявили свідчення наявності всіх цих адаптацій в геномі водорості Penium. Тепер вони зможуть детальніше вивчити, які генетичні механізми були необхідні раннім наземним рослинам для адаптації, виявляти походження молекулярних шляхів, систем розвитку та біологічних процесів наземних рослин.
Хоча деякі водорості з відділу харофітів мають «гілковий» вигляд і виглядають як ранні наземні рослини, молекулярні дані показують, що загальний предок мав більш просту волокнисту форму.
"Нас дуже цікавить, чому така проста форма тіла виявилася еволюційно вигідною, - розповіла Роуз. - Penium живе на берегах прісних водойм, у кліматі яких є періоди посухи і регідратації. Це, ймовірно, стало ключовим фактором ".
Геном водорості Penium містить багато повторюваних і «сміттєвих» фрагментів ДНК, і це було проблемою для дослідників. Щоб описати весь геном, вони витягували ДНК з очищених клітинних ядер, використовували різні методи секвенування, а потім і програми збірки. Вони також секвенізували транскриптом, щоб розібратися, які гени вмикалися і вимикалися різними стресами.
Транскриптом - сукупність всіх транскриптів, синтезованих однією клітиною або групою клітин, включаючи мРНК і некодуючі РНК. Поняття «транскриптом» може позначати повний набір транскриптів в даному організмі або специфічний набір транскриптів (молекул РНК), представлений в клітинах певного типу. На відміну від генома, який, як правило, однаковий для всіх клітин однієї лінії, транскриптом може сильно змінюватися залежно від умов навколишнього середовища.
«Ми виявили, що геном величезний», - говорить Чжанцзюнь Фей (Zhangjun Fei), професор біоінформатики в Інституті Бойса Томпсона (Boyce Thompson Institute) в Ітаку. Геном цієї крихітної одноклітинної водорості навіть більше, ніж загальновідомо великий геном кукурудзи або геном людини. Одним з важливих результатів було розуміння, що ці водорості містили флавоноїди, хімічні речовини, здатні захистити від ультрафіолетового випромінювання. Раніше вважалося, що ці сполуки існують тільки у наземних рослин. Вчені також описали шляхи біосинтезу флавоноїдів у цих водоростей.
Дослідники також виявили гени, залучені в регуляторні системи і передачу гормональних сигналів, наявність яких було раніше відомо тільки у наземних рослин, а також механізми, що перешкоджають висиханню рослин, включаючи утворення сітей. Вони також виявили велику кількість генів, що сприяють біосинтезу і реорганізації клітинної стінки, необхідних для структурної підтримки рослини.
Це лише одноклітинна рослина, але у неї - безліч сімейств білків, що грають роль у побудові клітинної стінки. Може бути, у цих водоростей був такий же складний контроль структури, динаміки і біомеханічних властивостей стінок, як і у багатоклітинних наземних рослин.
Дослідники вважають, що детальне знайомство з геномом Penium відкриває нові можливості для дослідження в багатьох галузях біології рослин, у тому числі в області модифікації сучасних рослин, вироблених промисловим чином. Команда планує досліджувати геноми інших видів харофітів.
Вам може бути цікаво:
Прочитаний геном «перехідної ланки» між рибами і земноводними.