Исследование показывает, что регенерирующие черви генетически контролируют своих водорослевых партнеров

Ацелы — уникальные морские черви, способные регенерировать тело после повреждения, — образуют симбиотические отношения с фотосинтезирующими водорослями Tetraselmis, которые живут внутри них. Эта система "холобионт" (симбиотическое сообщество) стала объектом исследования, чтобы понять, как взаимодействуют животное и микроорганизм.

Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, показало, что при регенерации Convolutriloba longifissura (вид ацела) генетический фактор, участвующий в восстановлении червя, также контролирует реакцию водорослей внутри него.

Регенерация и симбиоз

Ацелы размножаются бесполым путём, делясь пополам. Голова отращивает хвост, а хвостовая часть отращивает две новые головы, которые затем разделяются на два отдельных организма.

Исследователи из Стэнфордского университета и Университета Сан-Франциско обнаружили, что фотосинтез не требуется для регенерации ацелов (они могут регенерировать в темноте). Однако водоросли внутри претерпевают серьёзную перестройку своего фотосинтетического аппарата во время этого процесса. Измерения показали, что фотосинтез водорослей временно снижается сразу после расщепления червя.

Ключевая роль фактора "runt"

Секвенирование позволило дифференцировать гены двух видов и выяснить, какие пути реагируют на повреждение. Результаты оказались неожиданными: как регенерация ацела, так и фотосинтетический ответ водорослей контролировались общим для ацела транскрипционным фактором под названием "runt".

• На ранней стадии после повреждения "runt" активируется, запуская процесс регенерации.
• Одновременно фотосинтез водорослей снижается, но происходит повышение регуляции (upregulation) их генов, связанных с фотосинтезом (вероятно, для компенсации потерь).
• Когда учёные "выключили" (knocked down) ген "runt", это остановило как регенерацию червя, так и ответные реакции водорослей.

Фактор "runt" высоко консервативен и отвечает за регенерацию у многих организмов, включая несимбиотических ацелов. Теперь же ясно, что он контролирует ещё и коммуникацию с другим видом.

Значение и перспективы

Это открытие показывает, что генные сети хозяина и симбионта связаны, и поднимает новые вопросы для изучения холобионтов:

• Существуют ли общие правила симбиоза?
• Каков молекулярный "язык" общения (химические сигналы, белки, факторы среды)?
• Эти взаимодействия могут быть уязвимыми точками в условиях климатических изменений, что способно привести к разрыву симбиотических связей.

Исследование подчёркивает важность изучения разнообразных организмов, которые могут демонстрировать совершенно неожиданные биологические стратегии.