Расшифрован геном морской травы — ключ к солеустойчивости

Морские травы (вместе с манграми и солончаками) образуют важный, но малоизвестный глобальный сток углерода. Они покрывают около 200 000 км², фиксируя до 15% углерода в океане, влияя на циклы серы и азота, защищая берега и служа "детскими" для рыб.

Первый геном морского цветкового растения

27 января 2016 года в журнале Nature международная команда, включая специалистов из Объединённого института генома Министерства энергетики США (DOE JGI), опубликовала полную последовательность генома взморника морского (Zostera marina), собранного в Архипелаговом море у Финляндии. Это первое морское цветковое растение (покрытосеменное), чей геном расшифрован.

Чтобы понять адаптацию к возвращению в солёную воду, геном взморника сравнили с геномом его пресноводного родственника — многокоренника обыкновенного (Spirodela polyrhiza), также секвенированного DOE JGI.

Адаптация по принципу "используй, потеряй или измени"

Ведущий автор Жанин Олсен (Университет Гронингена, Нидерланды) назвала эту адаптацию "пожалуй, самой экстремальной для наземного или пресноводного вида". Взморник:

• Приобрёл гены для жизни в солёной воде.
• Потерял гены, связанные с защитой от УФ-излучения и производством летучих веществ, включая терпены (углеводороды, потенциально пригодные для биотоплива).
• Изменения затронули клеточные стенки (ставшие больше похожими на водорослевые), гены световосприятия, защиты, опыления и регуляции водного баланса.

Сравнение с пресноводным родственником

Сравнение с ряской выявило ключевые различия в генах, связанных со структурой клеточной стенки. Взморник "вернул" гены, помогающие удерживать воду в клеточной стенке, чтобы справляться с осмотическим стрессом во время отлива.

"Они себя перепроектировали, — говорит Олсен. — Теперь раскрыт путь производства сульфатированных полисахаридов для матрикса клеточной стенки в комбинации с низкометилированными пектинами (зостерином). Их сильно отрицательно заряженная природа, как предполагается, помогает защищать клетки от осмотического стресса. Селекционеры сельхозкультур могут извлечь уроки из того, как у этих растений эволюционировала солеустойчивость".

Значение для экологии и сохранения видов

Ареал Zostera marina простирается от Аляски до Калифорнии и от Белого моря до Португалии, что даёт учёным "природный эксперимент" для изучения адаптации к изменению температуры, солёности, кислотности и освещённости.

Джереми Шмутц, руководитель растительной программы DOE JGI, подчеркнул, что взморники, "лёгкие моря", находятся под угрозой: "По оценкам, почти треть лугов взморника в мире уничтожена стоками в океан, что снижает их потенциал как углеродных стоков. Поэтому изучение адаптивной способности взморника срочно необходимо для помощи природоохранным усилиям".