Раскрытие скрытого генетического разнообразия экологически опасного микроба

Микроскопический вид водорослей Prymnesium parvum вызывает токсичные цветения по всему миру, затрагивая два десятка штатов США, особенно Техас. Новое исследование генетического разнообразия этого организма может помочь предсказывать, когда произойдут цветения.

Prymnesium цветет каждую зиму в Техасе, что заставляет Департамент парков и дикой природы штата мониторить озера. "Когда они цветут, они делают больше, чем убивают рыбу. Они разрушают целые экосистемы", — говорит Дженнифер Уайскавер, доцент биохимии Университета Пердью.

Prymnesium — эукариотический организм, протист, обладающий хлоропластами. Первое цветение было зафиксировано в 1980 году в реке Пекос. С тех пор проблема усугубилась в Техасе и распространилась на соседние штаты. Организм не может расти в полностью пресной воде, но крайне толерантен к низкой солености, выживая в воде с соленостью всего 1% от типичной морской воды.

"Prymnesium — это своего рода загадка. Он цветет в субоптимальных условиях: при крайне низкой солености и когда питательных веществ не очень много", — отмечает Уайскавер.

Текущие прогнозы цветений основаны в основном на условиях воды (питательные вещества, соленость, температура). Однако биологические факторы также важны: "Разные штаммы Prymnesium могут продуцировать разные типы токсинов. Некоторые высокотоксичны, другие — менее. Если мы не учитываем эти биологические различия, это влияет на нашу способность предсказывать цветения и их последствия".

Исследование, опубликованное в журнале Current Biology, показало, что под микроскопом все образцы Prymnesium выглядят одинаково, но их геномы содержат от 115 миллионов до 360 миллионов пар оснований ДНК. "Это невероятное изменение размера генома. Слишком большое, чтобы считаться одним видом", — говорит Уайскавер. Оказалось, что цветения — это не одна большая популяция, а множественные популяции, разные виды.

Еще одной задачей стало обнаружение гибрида среди анализируемых геномов. Сборка генома похожа на сложный пазл, а в данном случае "у нас было два пазла, смешанных вместе".

"Несмотря на важность водорослей, эта работа — лишь второй пример геномного описания гибридизации у водорослей", — говорит Тимоти Фэллон из UCSD. Это проливает свет на целый режим эволюции, который ранее не учитывался.

Исследование демонстрирует недостатки классификации одноклеточных эукариот на основе их физической формы и структуры. "Это недостаточно для Prymnesium, и, я полагаю, то же верно для других протистов. Мы, возможно, недооцениваем многообразие в этих группах", — заключает Уайскавер.