Rambler's Top100


logo














 

Новости, интересные факты
ихтиологии и аквариумистики

Впервые секвенирован геном водоросли, вызывающей цветение воды в эстуариях рек

коричневый прилив

    Водоросли играют ключевую роль в природном круговороте углерода, так как аккумулируют значительное количество этого элемента. Некоторые виды водорослей демонстрируют феномен "цветения". Они становятся настолько многочисленными, что изменяют цвет прибрежных вод в районах эстуариев рек, снижая таким образом количества света и кислорода, доступных экосистеме. Для этого явления, ранее известного как "красный прилив" (red tide), два десятилетия назад был введен новый термин "вредоносное цветение водорослей (ВЦВ)" (harmful algal blooms, HAB). Необходимость нового термина связана с тем, что накопление биомассы водорослей, окрашивающих океан в коричневый или зеленый цвета, может быть губительным для экосистемы, в то время как красное цветение воды зачастую безвредно.

    В журнале "Доклады Американской национальной академии наук" недавно опубликован первый полный аннотированный геном водоросли Aureococcus anophagefferens, вызывающей вредоносное цветение воды. На первый взгляд, крошечные одноклеточные водоросли, составляющие морской фитопланктон, кажутся безобидными (50 таких клеток, уложенных в ряд, едва составляют ширину человеческого волоса). "Эти фотосинтетические организмы играют значительную роль в круговороте углерода, особенно в прибрежных экосистемах эстуариев рек. В частности, они в состоянии разлагать органические соединения углерода, – отметил первый автор статьи, Кристофер Гоблер из Stony Brook University. – В период цветения, в литре воды содержится порядка миллиарда клеток, что составляет миллиграммы углерода на литр, а это значительно выше, чем обычно содержится в прибрежных экосистемах". С помощью секвенирования генома этого организма ученые смогли подобраться к пониманию механизмов, лежащих в основе способности Aureococcus захватывать СО2, выживать в изменяющихся условиях прибрежной зоны, использовать селен для синтеза белков и значительно обгонять своих конкурентов в скорости роста.
    Геном Aureococcus, состоящий из 56 миллионов пар нуклеотидов, был секвенирован из культуры образца, собранного у берегов Лонг-Айленда, штат Нью-Йорк – одной из областей, наиболее пострадавших от этой микроскопической водоросли, которая впервые была зарегистрирована 25 лет назад на восточном побережье Соединенных Штатов. Когда миллиарды клеток Aureococcus собираются вместе, они вытесняют другие водоросли, входящие в состав фитопланктона, нарушая, таким образом, пищевые цепи морских экосистем. Они также отрицательно влияют на промышленную добычу моллюсков. Экономические потери от ВЦВ в Соединенных Штатах в течение последнего десятилетия были оценены в один миллиард долларов.
    Известная научная группа из Объединенного института геномных исследований Департамента энергетикм США (U.S. Department of Energy Joint Genome Institute), которая десять лет назад подготовила публикации по проекту генома человека, и которая участвует в данном исследовании, является пионером в изучении геномики морских водорослей. "До Aureococcus нами был прочитан геном первых диатомовых водорослей, Ostreococcus, и цианобактерий", – сказал лидер группы и главный автор публикации, Игорь Григорьев. По сравнению с другими видами фитопланктона, населяющими те же местообитания, Aureococcus превосходит эти виды по скорости роста и демонстрирует такие особенности генома, которые обеспечивают преимущества использования разнообразных питательных веществ, а также жизни в условиях пониженной освещенности. Кроме того, геном Aureococcus кодирует наибольшее число селенопротеинов (т.е. клетки водоросли используют элемент селен для построения белков, участвующих в основных клеточных функциях) из всех известных организмов.
    Д-р Гоблер объясняет, каким образом Aureococcus вытесняет другие виды фитопланктона, обитающие в прибрежных водах: "Когда мы посмотрели на прибрежные экосистемы, где "цветет" Aureococcus, мы обнаружили, что вода в этих зонах обогащена органическими веществами и тяжелыми металлами, и она очень мутная. Анализ генома Aureococcus показал, что он обогащен генами, которые позволяют воспользоваться этими условиями". Такое точное согласование между генами и экосистемой, в которой обитает и размножается Aureococcus, оказалось настоящим сюрпризом. Например, эта фотосинтетическая микроводоросль хорошо адаптирована к низкой освещенности, и может выживать в течение длительного времени при отсутствии света. Геномные исследования показали, что в состав генома Aureococcus входит 62 гена, ответственных за улавливание света, в то время как в геноме других водорослей из той же экосистемы таких генов не более двух десятков.
    Дон Андерсон, старший научный сотрудник Океанографического института в Вудс Холе (Woods Hole, штат Массачусетс), изучавший феномен ВЦВ в течение многих десятилетий, и неутомимый пропагандист научно-исследовательских работ в этой области, сказал: "Я думаю, что эта статья многое объясняет. На протяжении десятилетий ученые пытались понять, почему эта водоросль "зацветает", какие условия стимулируют ее цветение, почему она так успешно доминирует над конкурирующими видами. Мы получили ответы на многие вопросы на основе анализа генов, хотя необходимы и другие подходы, которые учитывают океанографические и химических данные, которые позволят подтвердить выводы геномного подхода. Данное исследование – большой шаг вперед; оно раскрывает значительные возможности для научного сообщества. Даже если Aureococcus существенно отличается от других видов водорослей, знание генома Aureococcus и подходов к его изучению поможет нам провести подобное исследование с другими видами, вызывающими ВЦВ".
    Д-р Гоблер говорит, что данная работа стимулирует исследования по изучению генов, которые кодируют "светособирающие" белки: "Мы знаем, что когда водоросли "зацветают", количество света, проникающего через воду, постепенно уменьшается, так как вода становится более мутной. Происходит ли при этом экспрессия "светособирающие" генов? Как изменяется состав синтезируемых белков? Это вопросы для дальнейших исследований".
    Д-р Григорьев также отметил, что междисциплинарный подход, объединяющий секвенирование генома с другими методами, позволяет исследователям подойти к созданию и изучению новой области знания – эко-геномики, науки, тесно связанной с биогеохимией, в развитии которой Департамент энергетики США, финансирующий данное исследование, особенно заинтересован. Сравнение физико-химических параметров экосистемы с геномным потенциалом ее обитателей позволяет следить за изменениями в окружающей среде. Феномен ВЦВ выявлен относительно недавно. По-видимому, это явление связано с ростом популяции людей, живущих вдоль береговой линии, которые создали условия для процветания Aureococcus, вида, являющегося в настоящее время угрозой для прибрежных экосистем. С другой стороны, массовое цветение водорослей может уменьшать содержание двуокиси углерода в атмосфере, оказывая положительное влияние на окружающую среду. Теоретически, используя эко-генетический подход, мы можем приступить к созданию сбалансированной модели экосистемы.
    Д-р Гоблер считает, что настоящая работа имеет прогностическое значение и даже позволяет предложить способы управления ходом событий: "Теперь мы знаем, что этот организм генетически предрасположен использовать определенные характеристики прибрежных экосистем. Мы также знаем, что эти характеристики возникли из-за деятельности человека. Например, поскольку Aureococcus генетически предрасположен к процветанию в условиях повышенного содержания органических веществ, то, продолжая увеличивать их выброс в прибрежные воды, мы будем благоприятствовать дальнейшему появлению "коричневых приливов".

    Источник: Science Daily

    10 марта 2011 г.



Наверх   На Главную страницу

Rambler's Top100      Рейтинг@Mail.ru     

Аквариум. Современная Аквариумистика.
Правообладатель: Живая Вода®   Любые способы полного или частичного копирования и публикации данного текста и иллюстраций без письменного разрешения администрации интернет-ресурса vitawater.ru запрещены.

   © Живая Вода, 2001-2016 гг.   @webmaster

Реклама