Геном планктона не похож ни на один другой

Геном одноклеточного планктона, известного как динофлагелляты, организован невероятно странным и необычным образом, согласно новому исследованию. Результаты закладывают основу для дальнейшего изучения этих важных морских организмов и радикально расширяют наше представление о том, как может выглядеть эукариотический геном.

Исследователи из KAUST, США и Германии изучили геномную организацию динофлагелляты Symbiodinium microadriaticum, живущей в симбиозе с кораллами. Геном S. microadriaticum уже был секвенирован и собран в сегменты, известные как скаффолды, но не имел сборки на уровне хромосом.

Команда использовала метод Hi-C для обнаружения взаимодействий в хроматине динофлагелляты — комплексе ДНК и белка, из которого состоит хромосома. Анализируя эти взаимодействия, они смогли определить, как скаффолды соединены в хромосомы, получив представление о пространственной и структурной организации генома.

Поразительным открытием стало то, что гены в геноме были организованы в чередующиеся однонаправленные блоки. «Это действительно, действительно непохоже на то, что вы видите у других организмов», — говорит Октавио Саласар, аспирант группы Мануэля Аранды в KAUST и один из ведущих авторов исследования. Ориентация генов на хромосоме обычно случайна. Однако в данном случае гены были последовательно ориентированы в одну сторону, а затем в другую, причём границы между блоками чётко проявлялись в данных по взаимодействию хроматина.

Эта организация также отражается в трёхмерной структуре генома, которая, как предположила команда, состоит из палочковидных хромосом, складывающихся в структурные домены на границах сходимости блоков генов. Что ещё интригующе, эта структура, по-видимому, зависит от транскрипционной активности. Когда исследователи обработали клетки химическим веществом, блокирующим транскрипцию генов, структурные домены исчезли.

Эта необычная связь согласуется с другим странным фактом о динофлагеллятах — в их геноме очень мало факторов транскрипции, и они, кажется, не реагируют на изменения окружающей среды, изменяя экспрессию генов. Возможно, они используют дозу генов для контроля экспрессии и адаптируются к среде, теряя или приобретая хромосомы, или, возможно, посредством эпигенетических структурных модификаций. Исследователи планируют изучить все эти вопросы.

Другой открытый вопрос — происхождение этой исключительной структуры генома. Динофлагелляты производят очень мало гистонов, белков, которые другие эукариоты используют для структурирования своей ДНК, вместо этого используя вирусные белки, включённые в их геном давным-давно. Необычайная структура генома и генетическая регуляция могут быть следствием того, как работают эти вирусные белки, но это ещё предстоит подтвердить.

Геном динофлагеллят опровергает ожидания и догмы, построенные на изучении других эукариот. «Это показывает, что природа может работать совершенно иначе, чем мы думали», — говорит Саласар. «Существует так много возможностей для того, что могло произойти в процессе эволюции жизни».