Геномное сравнение океанских микробов выявило различие между восточными и западными популяциями
Ученые используют сравнительную популяционную геномику для анализа полных геномов разных популяций одного микроба. Это позволяет определить «домашние» (основные) гены, общие для всех популяций, и популяционно-специфичные гены, которые могут многое рассказать об окружающей среде и эволюционной адаптации.
Профессор Салли (Пенни) У. Чисхолм из MIT и бывшая аспирантка Морин Коулман сравнили генетический состав двух популяций одного и того же фотосинтезирующего океанического бактерия — Prochlorococcus — из Атлантического и Тихого океанов.
Ключевое открытие:
- Популяции значительно различаются только по одному признаку: у бактерий в Атлантике гораздо больше генов, связанных с добычей фосфора — важнейшего элемента.
- Это прямое эволюционное приспособление, так как концентрация фосфора в Атлантическом океане на порядок ниже, чем в Тихом.
- «Это указывает, что доступность фосфора является доминирующей силой отбора, определяющей эти популяции», — заявила Чисхолм.
Дополнительное подтверждение:
- У атлантических микробов также увеличено количество генов, помогающих нейтрализовать мышьяк, который они могут поглощать по ошибке вместо фосфора. Это укрепляет вывод о сильном отборе.
Сравнение с соседним видом:
- Анализ популяций родственной бактерии Pelagibacter также показал больше фосфор-связанных генов в Атлантике, но с другим набором генов.
- Это может отражать адаптивное поведение — «разделение ниши», позволяющее микробам в одной среде использовать разные формы ресурса и снижать конкуренцию.
Методология:
- Ученые сравнили полные геномы 13 лабораторных штаммов Prochlorococcus и Pelagibacter с генами диких популяций, собранных на долгосрочных океанографических станциях у Бермуд (BATS) и Гавайев (HOTS).
- Исследование финансировалось Фондом Гордона и Бетти Мур, Национальным научным фондом и Министерством энергетики США.
- Результаты опубликованы в онлайн-версии Proceedings of the National Academy of Sciences.
Перспективы:
- Следующий шаг — аналогичные исследования на разных глубинах и локациях для изучения влияния температуры и химических градиентов.
- «То, как быстро морские микробы адаптируются к изменениям среды, — большая неизвестность. Один из способов это выяснить — отбирать пробы геномов популяций с течением времени при параллельном мониторинге среды. Тогда мы, возможно, сможем застать эволюцию в действии», — отметила Коулман.