Расшифрованы геномы глубоководного моллюска и его симбиотических бактерий

Учёные из Гонконгского баптистского университета (HKBU) впервые секвенировали и проанализировали геномы глубоководной двустворки Archivesica marissinica и живущих в её жабрах хемоавтотрофных бактерий Candidatus Vesicomyosocius marissinica. Исследование показало, как симбиоз позволяет этим организмам процветать в экстремальных условиях глубоководных гидротермальных источников и холодных просачиваний.

Результаты опубликованы в журнале Molecular Biology and Evolution.

Горизонтальный перенос генов от бактерий к моллюску

Исследовательская группа под руководством профессора Цю Цзяньвэня собрала образцы моллюсков на глубине 1360 метров в холодном просачивании Южно-Китайского моря.

Анализ геномов показал, что:

  • Предок этого моллюска отделился от своих мелководных родственников 128 миллионов лет назад.
  • Произошёл горизонтальный перенос 28 генов от предков симбиотических бактерий к геному моллюска. Это первый известный случай горизонтального перена генов от бактерий к двустворчатому моллюску.

Геномные адаптации к симбиозу и глубоководью

Исследование выявило ключевые геномные особенности, позволившие моллюску адаптироваться:

  1. Адаптации для хемосинтеза. Моллюск поглощает из среды сероводород (H2S), кислород (O2) и углекислый газ (CO2) и передаёт их бактериям-симбионтам. Те, в свою очередь, производят энергию и питательные вещества.

    • В геноме моллюска обнаружено расширение семейств генов, отвечающих за клеточное дыхание и диффузию. Это облегчает газообмен и транспорт молекул, необходимых для хемосинтеза.

  2. Смена источника пищи. В геноме моллюска произошло значительное сокращение генов целлюлазы — фермента для переваривания фитопланктона. Это адаптация к переходу с пищи на основе фитопланктона на питание за счёт симбиотических бактерий.

  3. Улучшение кислород-связывающей способности. У моллюска обнаружено несколько видов высокоэкспрессируемых генов гемоглобина, что нехарактерно для большинства моллюсков. Это улучшает способность выживать в бедных кислородом глубоководных местообитаниях.

Особенности генома бактерий-симбионтов

Геном симбионта Candidatus Vesicomyosocius marissinica составляет лишь ~40% от размера генома его свободноживущих родственников (редуцирован).

  • При этом он содержит полные и гибкие пути метаболизма серы.
  • Бактерия сохранила способность синтезировать 20 обычных аминокислот и другие необходимые питательные вещества, что критически важно для поддержания симбиоза.

Вывод: Это первое совместное секвенирование геномов моллюска и его симбионта. Оно позволит проводить сравнительные исследования и лучше понять эволюционные механизмы симбиоза, который делает возможной жизнь в экстремальных глубоководных экосистемах.

2021-03-29