Генетические карты океанских водорослей демонстрируют бактериоподобную гибкость

Меньше песчинки, Emiliania huxleyi играет огромную роль в мировом океане. Эти свободноплавающие фотосинтезирующие водоросли, обитающие от полярных вод до тропиков, удаляют углекислый газ из воздуха, помогают поставлять кислород и формируют основу морских пищевых цепей. Их массивные бирюзовые цветения видны из космоса.

Ученые обнаружили один из ключей к успеху E. huxleyi. Семилетняя работа 75 исследователей из 12 стран по картированию её генома выявила набор основных генов, которые комбинируются с набором вариабельных генов. Это, вероятно, позволяет E. huxleyi (Ehux) адаптироваться к различным условиям. Результаты описаны в свежем номере журнала Nature.

Обмен материалом внутри так называемого «пан-генома» Ehux на протяжении поколений позволил ей эволюционировать в удаленных друг от друга регионах. «В море мы думали, что только бактерии могут так перемешивать свои гены, поэтому было настоящим шоком увидеть, что Ehux делает то же самое», — заявила старший соавтор исследования Соня Дирман, микробный океанограф из обсерватории Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета.

Две трети генов Ehux общие для всех штаммов. Этот основной геном позволяет ей процветать при низком уровне фосфора и железа — ключевых для жизни элементов, дефицитных в океане. Оставшаяся треть генов присутствует не во всех штаммах. В этом вариабельном пуле находятся гены, позволяющие Ehux использовать различные формы азота, также относительно редкого в море. Эта гибкость, вероятно, позволяет ей адаптироваться к меняющимся условиям.

Пан-геном ранее наблюдался только у некоторых морских бактерий. Ehux — эукариот (организм с оформленным ядром, как все растения и животные). Это первое описание пан-генома у эукариотических морских водорослей. Понимание успеха Ehux может помочь ученым оценить, как растущие выбросы углерода повлияют на климат и здоровье океана. Кокколитофориды играют важную роль в удалении углерода, связывая его в известковые пластинки (кокколиты) и биомассу.

По мере закисления океана форма углерода, необходимая для построения кокколитов, становится дефицитнее. Ehux может адаптироваться, но её вклад в углеродный цикл может измениться. Геном позволяет изучать экспрессию пан-генома и потенциально предсказывать реакцию организма. «Где она будет? Что она будет делать? Эти, казалось бы, простые вопросы могут сильно повлиять на чистый результат круговорота углерода в океане», — отметила Дирман.