Расшифрован первый геном глубоководной мидии

Совместное исследование под руководством Гонконгского баптистского университета (HKBU) и Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) позволило собрать геном глубоководной мидии размером 1,64 гигабайта, что примерно эквивалентно 50% размера генома человека. Это первый расшифрованный геном среди всех глубоководных макробентосных животных, раскрывающий полный набор ДНК. Открытие дает более широкое представление для будущих исследований механизмов симбиоза у других морских организмов, таких как гигантские трубчатые черви и гигантские моллюски.

Результаты исследования, проведенного под руководством профессора Пэй-Юаня Цяня (HKUST) и доцента Цзянь-Вэня Цю (HKBU), были опубликованы в престижном международном академическом журнале Nature Ecology & Evolution в начале апреля.

Команда использовала образец, собранный в 2013 году во время экспедиции китайского пилотируемого батискафа «Цзяолун» в Южно-Китайском море. Глубоководные организмы, включая мидий, процветают в экстремальных условиях гидротермальных источников и холодных просачиваний, для которых характерны высокое гидростатическое давление, отсутствие пищи, полученной в результате фотосинтеза, переменные температуры и высокие концентрации токсичных веществ. Несмотря на их способность выживать в стрессовых условиях, отсутствие геномных ресурсов затрудняло понимание их молекулярных механизмов адаптации.

В исследовании был секвенирован геном глубоководной мидии Bathymodiolus platifrons, а также ее мелководного родственника Modiolus philippinarum, собранного у побережья Тингкока, для сравнения геномных особенностей. Филогенетический анализ показал, что современные глубоководные мидии являются потомками мелководных мидий, и их предки мигрировали на глубину примерно 110 миллионов лет назад. Это предоставляет доказательства в поддержку гипотезы о том, что их предки пережили событие вымирания в период глобальной аноксии, связанный с палеоцен-эоценовым термическим максимумом, который произошел около 57 миллионов лет назад.

Сравнение геномов выявило, что значительное расширение нескольких семейств генов у глубоководной мидии может быть связано с ее адаптацией к глубине. Например:

• Расширение семейства «белков теплового шока 70» (heat shock protein 70 family) может помогать мидии стабилизировать структуры белков.
• Расширение семейства «ABC-транспортеров» (ABC transporters family) может усиливать способность мидии выводить токсичные химические вещества из клеток жаберного эпителия.

Расширение семейств генов, связанных с иммунным распознаванием, эндоцитозом и апоптозом, опосредованным каспазами, указывает на адаптацию мидии к присутствию хемоавтотрофных эндосимбионтов в ее жабрах. Дополнительный протеомный анализ жабр глубоководной мидии выявил пищевую и энергетическую зависимость мидии от ее метанотрофных симбионтов.

Профессор Цянь отметил: «Исследование предоставило геномные ресурсы для понимания того, как глубоководная мидия адаптировалась к абиотическим стрессам и отсутствию пищи, полученной в результате фотосинтеза, в глубоководной хемосинтетической среде. Общие механизмы симбиоза, выявленные в исследовании, актуальны для других симбиотических организмов, таких как глубоководные трубчатые черви и гигантские моллюски».

Доктор Цю добавил: «Геномные ресурсы облегчат различные исследования, включая генетическую связность между глубоководными популяциями, что актуально для создания глубоководных морских заповедников».