Расшифрован геном морской травы — ценный ресурс для науки

Международный консорциум из 35 лабораторий, включая Памелу Грин из Университета Делавэра, опубликовал геном морского цветкового растения — взморника морского (Zostera marina). Это первое полностью секвенированное морское покрытосеменное растение.

Исследование "Геном морской травы Zostera marina раскрывает адаптацию покрытосеменных к жизни в море" опубликовано в журнале Nature и помещено на обложку печатного издания.

Значение и угрозы

Морские травы, произошедшие от морских водорослей, — единственные цветковые растения, вернувшиеся в море. Их луга:

• Служат средой обитания и "яслями" для молоди рыб.
• Защищают берега от эрозии.
• Повышают прозрачность воды.
• Выступают как поглотитель углерода, связывая CO₂ из атмосферы.

Несмотря на важность, луга морских трав по всему миру деградируют, а попытки их восстановления часто неудачны.

Полная последовательность генома Z. marina — ценный ресурс для изучения:

• Адаптации морских экосистем к потеплению климата.
• Роли растений в секвестрации углерода.
• Механизмов солеустойчивости (для помощи в селекции сельхозкультур).

Роль микроРНК

Памела Грин совместно с Эмануэле Де Паоли из Университета Удине (Италия) исследовала микроРНК (miRNAs) Z. marina. Наличие полного генома позволило точно идентифицировать гены, кодирующие микроРНК, и отличить их от других малых РНК.

Ключевые выводы:

• Z. marina утратила несколько генов микроРНК, появившихся у родственных наземных видов.
• При этом она сохранила древнейшую известную микроРНК, специфичную для важной группы однодольных растений, к которой принадлежит сама и, например, злаки.

"Изучение его генома может выявить генетические особенности, возникшие в тот важный эволюционный период и сыгравшие решающую роль в биологических инновациях. Мы идентифицировали одно такое событие", — отметил Эмануэле Де Паоли.

"Это исследование также открыло новые двери, идентифицировав гены-мишени, которые могут регулироваться микроРНК. Есть намёки, что некоторые связи "микроРНК-мишень" у Z. marina могут раскрыть новые регуляторные механизмы", — сказала Памела Грин.

Уникальные адаптации "возвращения в море"

Исследователи под руководством Жанин Олсен из Университета Гронингена (Нидерланды) выявили ряд уникальных адаптаций взморника:

• Утрата устьиц: Растение полностью лишилось устьиц (пор для дыхания) и генов, отвечающих за их развитие. Это делает Z. marina неразрывно связанным с морем.
• Изменение клеточных стенок: Они стали больше похожи на клеточные стенки водорослей, а не наземных растений.
• Иная сигнализация и защита: Исчезли гены, отвечающие за выработку летучих соединений у наземных растений. Опыление происходит полностью под водой, без участия насекомых.

Будущие исследования

Главный вопрос — как быстро взморник может адаптироваться к быстрым климатическим изменениям. Его обширный ареал (от Португалии до Скандинавии) используется как естественный эксперимент для изучения адаптации к:

• разной температуре воды,
• солёности,
• закислению океана,
• освещённости.

Полученные знания также помогут в разработке геномных индикаторов раннего предупреждения, которые могут предсказать критические изменения в экосистемах морских трав.