Обнаружен новый процесс полового размножения у микроводорослей

Японские учёные открыли процесс полового размножения у микроводорослей, что углубляет понимание эволюции водорослей и растений. Открытие может привести к новым промышленным применениям микроводорослей — от очистки сточных вод до производства пищевых ингредиентов и пигментов.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences на неделе 3 октября 2022 года.

Объект исследования — Galdieria

• Это одноклеточный вид красных микроводорослей, обитающий в сернокислых горячих источниках по всему миру.
• Обладает высокой способностью к фиксации CO₂ и содержит высокие концентрации белков, витаминов и пигментов.
• Может получать энергию как через фотосинтез, так и потребляя внеклеточные сахара или сахарные спирты.
• Толерантна к высоким уровням соли и тяжёлых металлов.
• Имеет очень маленький размер генома.

Проблема для биотехнологий

Несмотря на потенциал, у Galdieria есть толстая и жёсткая клеточная стенка, которая:

1. Требует энергоёмкой обработки для извлечения клеточного содержимого.
2. Затрудняет генетическую модификацию.

Ключевое открытие

• Известная форма Galdieria с клеточной стенкой является диплоидной (имеет два набора хромосом).
• В определённых условиях из диплоидов образуются гаплоиды без клеточной стенки (с одним набором хромосом).
• Учёным удалось стабильно размножать эти гаплоиды и конвертировать их обратно в диплоиды.

«Таким образом, мы обнаружили процесс полового размножения у микроводорослей, который возник на ранних этапах эволюции водорослей и растений», — Шунсуке Хироока, Национальный институт генетики, Япония.

Практический результат

Используя гаплоиды без клеточной стенки, исследователи разработали метод генетической модификации Galdieria.

«Процедура позволяет создавать линии "самоклонирования" без чужеродных последовательностей ДНК для промышленного использования. Например, мы получили синие водоросли (цвет обусловлен фикоцианином — натуральным синим красителем), которых не существует в природе», — Син-я Миягишима, Национальный институт генетики, Япония.

Научная значимость

Половое размножение ранее не было обнаружено у многих одноклеточных водорослей, возникших на ранних этапах эволюции. Считалось, что они размножаются только делением (бесполым путём). Это открытие проясняет происхождение и эволюцию полового размножения у водорослей и растений.

Перспективы применения

Гаплоидная форма имеет такой же потенциал роста, как и диплоидная, но её содержимое легче извлекать и модифицировать. Это открывает путь для продвинутых способов использования микроводорослей, например, для создания кормов с вакцинами на основе экспрессируемых вирусных белков.