Удивительный геном динофлагеллят

Динофлагеллятам живётся несладко. В хорошие времена эти крошечные морские организмы свободно плавают в океане или живут в симбиозе с кораллами, служа обедом для множества моллюсков, мелких рыб и кораллов. Некоторые из них заставляют волны светиться по ночам благодаря биолюминесценции. Но когда условия ухудшаются, динофлагелляты отравляют устричные банки "красными приливами" и покидают коралловые рифы, обрекая их на медленную гибель и обесцвечивание.

Всё чаще условия оказываются неподходящими. В поисках ответов команда исследователей под руководством морского эколога из UConn Сенцзе Линя секвенировала полный геном вида динофлагеллят S. kawagutii — впервые в истории. Их результаты опубликованы сегодня в журнале Science.

"Этот вид — важный эндосимбионт коралловых рифов", — говорит Сенцзе Линь. Эндосимбионт — это форма жизни, обитающая внутри другого организма. Когда Линь говорит, что S. kawagutii — важный эндосимбионт, он имеет в виду, что он важен для кораллов, которые зависят от его фотосинтеза как источника сахаров и питательных соединений. Без него кораллы обесцвечиваются, не могут расти и обычно погибают. Однако эти отношения, похоже, не являются жизненно важными для самого S. kawagutii, хотя метаболические отходы коралла-хозяина обеспечивают его обогащёнными питательными веществами в бедной питательными веществами океанической среде. Исследователи полагают, что когда условия становятся неблагоприятными, динофлагелляты могут "спасаться бегством", превращаясь в устойчивые маленькие цисты, и ждать подходящего времени для повторного заселения кораллов.

Эта универсальность может объяснить ещё один загадочный факт о S. kawagutii: у него необычно большой геном для симбионта. Обычно эндосимбионты, как и паразиты (например, малярийный плазмодий, к которому динофлагелляты близки), зависят от клеточных механизмов своих хозяев и лишены многих генов, которые есть у свободноживущих организмов. Так почему же у S. kawagutii их так много?

"Это загадка, которую мы не понимаем", — говорит Линь.

Линь и его коллеги проанализировали весь геном S. kawagutii и сравнили его с генетическими кодами родственных, лучше изученных организмов. Исследователи обнаружили удивительные вещи. Например, они нашли гены, связанные с половым размножением. Как и другие динофлагелляты, S. kawagutii обычно размножается бесполым путём — просто делением надвое. Но когда динофлагелляты превращаются в цисты, они сначала размножаются половым путём, смешивая свой генетический материал с другими, возможно, в надежде, что некоторые потомки получат черты, лучше подходящие для стрессовой среды. Однако гены, связанные с половым размножением, никогда не находили у других динофлагеллят. Это открытие предполагает, что S. kawagutii действительно переживает трудные времена, живя в кораллах.

Исследователи также обнаружили, что у S. kawagutii есть система регуляции генов, которая, по-видимому, может регулировать определённые гены в кораллах — другими словами, динофлагелляты могут манипулировать генетической экспрессией своего хозяина, чтобы создать для себя более комфортные условия.

Линь говорит, что найденные генетические свидетельства сильно указывают на то, что S. kawagutii изменил свой генетический состав в ходе симбиотической истории, чтобы лучше приспособиться к жизни в своём конкретном хозяине и справляться со стрессом, вызванным изменением климата и загрязнением.

Понимание его генома, как надеются исследователи, поможет лучше понять и других динофлагеллят. Существует множество видов, играющих разные роли в морской экосистеме. "Красные приливы", когда динофлагелляты, съеденные моллюсками, производят токсины, которые накапливаются в моллюсках и затем отравляют более крупных животных, наносят огромный экономический ущерб, вызывают проблемы общественного здравоохранения и становятся всё более распространёнными по всему миру. Команда Линя надеется в следующий раз секвенировать геном динофлагелляты, вызывающей "красные приливы" вдоль северного побережья Лонг-Айленда. В конечном итоге он надеется объяснить, как эволюционировали динофлагелляты и как условия окружающей среды влияют на их необычный образ жизни.