Структура крупнейшей в мире одиночной клетки отражается на молекулярном уровне

Исследовательская группа Дэниела Читвуда, доктора философии, из Центра наук о растениях Дональда Данфорта в Сент-Луисе в сотрудничестве с лабораторией Нилимы Синхи, доктора философии, из Калифорнийского университета в Дэвисе, использует крупнейший в мире одноклеточный организм — водоросль Caulerpa taxifolia — для изучения природы структуры и формы у растений. Результаты работы недавно опубликованы в онлайн-журнале PLOS Genetics.

Caulerpa — уникальный организм. Это представитель зелёных водорослей, которые являются растениями. Примечательно, что это одна клетка, способная вырастать до 15–30 см в длину. Она независимо эволюционировала, приобретя форму, напоминающую органы наземных растений: столон, растущий по поверхности; листовидные пластины (фронды) и ризоиды, которые якорят клетку и поглощают фосфор из субстрата. Все эти структуры — часть одной клетки.

Учёные предположили, что структура Caulerpa может отражаться в наборе РНК в различных частях клетки. Например, фронда может демонстрировать иной профиль РНК по сравнению с ризоидом. Такой анализ также позволил бы получить представление о распределении РНК внутри одиночных клеток, что сложно сделать в многоклеточных организмах из-за малого размера клеток.

Результат оказался даже интереснее, чем ожидалось. Не только разные части клетки Caulerpa демонстрируют чёткие различия в профилях РНК, но также наблюдается корреляция между группами РНК, экспрессируемыми вместе в разных частях клетки Caulerpa, и группами РНК, экспрессируемыми вместе в многоклеточных органах томата. Несмотря на то, что линии Caulerpa и наземных растений, вероятно, разделились более 500 миллионов лет назад, Caulerpa во многом демонстрирует паттерны накопления РНК, общие с современными наземными растениями.

Эта работа заставила учёных по-новому взглянуть на структуру и развитие растений. Стало ясно, что базовая форма, ассоциируемая с наземными растениями, может возникать как с многоклеточностью, так и без неё. Клетки высших растений соединены каналами — плазмодесмами, и утверждалось, что многоклеточные наземные растения проявляют свойства, сходные с одноклеточными организмами, такими как Caulerpa. Идея рассматривать многоклеточные наземные растения (например, томат) и гигантские одноклеточные водоросли (например, Caulerpa) схожим образом подтверждается результатами, демонстрирующими общий паттерн накопления РНК.