"Chara" genomo išaiškinimas: pasekmės žemės augalų atsiribojimui paleosezės eroje

/X-Tale/ Part 2 [От: Jakei] 【RUS DUB】 (Birželis 2019).

Anonim

Charophyceae, žemės augalų giminaičiai, turintys genomų, kuriuose pateikiama svarbi informacija, siekiant suprasti, kaip sausumos augalai išsivystė iš savo protėvių paleosezės eroje. Čia mes pranešame apie Chara braunii genomo projektą iš Charophyceae ir jo palyginimą su žemės augalais, Klebsormidium nitens ir kitais žaliaisiais dumbliais. Palyginus, nustatyta, kad genų įgijimas prieš ir po Charophyceae skverbimosi linijoje, vedantis į žemes augalus, taip pat Charophyceae.

Žem ÷ s augalai dominuoja sausumos floroje ir sudaro didžiąją dalį maisto produktų. Kaip vandens augalai išsiskyrė iš vandens dumblių, problema pritraukė daug mokslinio dėmesio. 2011 m. Dr. Nishiyama paskelbė straipsnį bendradarbiaudama su kitais tyrėjais, palyginančiais Chlamydomonas reinhardtii, mozaiečio Physcomitrella patens, spikemoss rūšį (Selaginella moellendorffii) ir kalaviją (Arabidopsis thaliana). Palyginus paaiškėjo, kad po Chlamydomonas žemės augalų protėvio atskyrimo iki žemės augalų diversifikacijos buvo įgyjama keletas genų. Tačiau Chlamydomonas ir žemių augalai yra tolygi susiję, o jų skirtumų trukmė - 1 mlrd. Metų, todėl akivaizdus susidomėjimas buvo žieminių dumblių genemų sekos, esančios arčiau žemės augalų. 2014 m. Dr. Hori ir kt., Vadovaujami Tokijo technologijos instituto prof. Ohta, paskelbė Klebsormidium nitens genomo seką, gelminius žalias dumblių, esančių arčiau sausumos augalų, nei Chlamydomonas; jie parodė, kad "Klebsormidium nitens" turi genus, svarbius gyventi sausumos ekosistemoje, lyginant su žemės augalais.

Trys žaliųjų dumblių grupės yra evoliucionieriai arčiau žemės augalų nei Klebsormidiophyceae, tai yra Charophyceae, Coleochaetophyceae ir Zygnematophyceae (1 ir 2 pav.). Tarp jų Charophyceae sudaro sudėtingiausią kūno planą su reprodukciniais organais, anteridijomis ir oogonia. Iš tiesų, 1860-aisiais, Pringsheimas pasiūlė, kad Chara (šiuo metu įdėta į Charophyceae) yra glaudžiai susijusi su žemės augalais. Zygnematophyceae yra laikomi šalia augalams šalia esančios linijos, tačiau turi lytinę reprodukcijos sistemą, kurioje gametos (reprodukcinės ląstelės), kurios yra beveik vienodos dydžio, saugo, kad sudarytų zigotes, o ne didelį kiaušinį ir mažą plaukimo spermą ląstelė. Šiame tyrime atskleidžiame Chara braunii genomą, kuris laikomas atskirtu nuo žemės paviršiaus nuo 550 iki 750 milijonų metų.

Čia 60 mokslininkų iš 40 institucijų iš 13 šalių dalyvavo genų analizėje Chara braunii, atstovaujantis Charophyceae. Jie gavo genomo sekos projektą, pakankamą palyginti su kitų organizmų genomais. Genomikos sekos projektas deponuojamas Japonijos DNR duomenų banke (DDBJ) ir pateikiamas per Tarptautinį nukleotidų sekos duomenų bazės bendradarbiavimą (INSDC).

Chara braunii asmenys buvo surinkti Kasumigauros ežere, Ibarakyje ir Saijo mieste, Ehime, Japonijoje. Nustatyta, kad gali būti auginami laboratorijose ir naudojami genomo analizei. Manoma, kad genomo dydis yra didelis (apie 2 Gbp, apie du trečdalius žmogaus genomo). Daugumoje genomo sekvenavimo buvo naudojamos Japonijos nacionalinio genetikos instituto kitos serijos Illumina sekvencinės.

Išjungus žalias sekos į pastolius, pašalintos pastolių sekos, kurios, atrodo, kilo iš bakterijų, ir buvo gautos 1, 75 Gbp pastolių sekos. cDNA buvo klonuotas Escherichia coli Tokijo universitete (mRNR buvo atvirkštinė transkripcija į komplementinę DNR), o gautoji biblioteka buvo atsitiktinai parinkta ir sekvenuojama įprastiniu sekveneriu, siekiant pagaminti trumpas pogrupius - išreikštą sekos žymę (EST). Šie duomenys buvo naudojami kartu su didelio pralaidumo sekos duomenimis, gautais iš kDNR, naudojant Tokijo universiteto Illumina sekvencinius įrenginius ir kitus duomenis, kuriuos Europos grupė gavo iš kDNL, siekiant prognozuoti esančius genus ir įvertinti 35 422 genų struktūras.

Šiame tyrime buvo apskaičiuota, kad paskutinis bendras Charophyceae ir žemės augalų protėvis turėjo visus genus, žinomus iš žemės augalų ląstelių dalijimosi, išskyrus vieną, TANGLED1. Tarp genų, kurie, žinoma, dalyvauja fitohormono biosintezėje ir žemės augalų atsakuose, nustatyta, kad Chara braunii turi visus genus, dalyvaujančius etileno signalizacijos sistemoje, o Klebsormidium nitens neturi vieno geno EIN2. Be to, nustatyta, kad Chara braunii genai koduoja Aux / IAA ir ARF, transkripcijos veiksniai, dalyvaujantys auksino atsako. Šie genai nebuvo rasti Klebsormidium nitens.

Kita vertus, kadangi TIR1 tipo receptorių nerasta nei Chara braunii, nei Klebsormidium nitens, gali būti nežinomų mechanizmų, veikiančių auksino atsaką. Abscizinės rūgšties (PYR) receptoriai, jasmono rūgštis ir salicilo rūgštis nebuvo identifikuoti, o tai rodo, kad atskiriami Charophyceae ir dirvožemio augalai greičiausiai buvo gauti žemės augaluose esančių receptorių. Be to, Chara braunii turi ortologą GUN1, sistemos raktą, reguliuojant chloroplasto baltymų sintezę "retrograde" signalizacija iš chloroplasto į branduolį, kaip matoma sausumos augaluose. Chara braunii turi daugiau transkripcijos faktorių nei kiti žalieji dumbliai, kurių genomai buvo nustatyti.

Charophyceae morfologinis sudėtingumas galėjo kilti dėl genų šeimų paplitimo po atskyrimo nuo žemės augalų; taigi tokia plėtra turėtų būti nepriklausoma nuo žemių augalų. Reikėtų atkreipti dėmesį į reaktyviosios deguonies rūšies (ROS) genų tinklą, LysM receptorių tipo kinazės ir trihelikso transkripcijos faktorių šeimos plėtrą. Transkriptominė seksualinės reprodukcinės struktūros analizė atskleidžia sudėtingą transkripcijos faktorių kontrolę, ROS genų tinklo veiklą ir baltymus, susijusius su maistinių medžiagų saugojimu ir augalinio tipo saugojimo ir apsauga nuo streso baltymų protėviai zigote.

Šios analizės, pagrįstos Chara braunii projekto genomo seka, rodo, kad įvairūs sausumos augalams būdingi bruožai, susiję su jų sausumos gyvybe, jau egzistuoja Charophyceae ir žemės augaluose esančiuose protėviuose, o tai rodo, kad šie augalams būdingi bruožai buvo įgyjami prieš atsiradimą seniausių žemės augalų.

Šis tyrimas sėkmingai atskleidė Chara braunii genomo seką. Ši seka gali būti nukreipta į vystymosi ir genetinius tyrimus sausumos augaluose ir padeda suprasti žemės augalų evoliuciją. Kadangi Chara ląstelės yra tokios didelės, jos buvo naudojamos elektrofiziologiniams tyrimams naudojant mikroelektrodą membranos potencialo matavimui. Žinios apie jo genomą bus naudinga suprasti molekulinius mechanizmus, kuriais grindžiami tokie fiziologiniai parametrai.

Be to, Chara braunii yra kosmopolitinė rūšis, plačiai paplitusi visame pasaulyje, išskyrus Antarktiką, ir yra ekologiškai pritaikyta įvairioms aplinkoms. Šiame tyrime naudojami Chara braunii štamai buvo surinkti Kasumigauros ežere, Ibarakyje ir Saijo mieste Ehime, Japonijoje. Kasumigauros ežeras, atrodo, yra pritaikytas prie sekliamo vandens su gausia šviesa, o vienas iš Saijo miesto akivaizdžiai prisitaiko prie gilaus vandens su mažesniu šviesos lygiu. Studijuojant genomo sekas, atsižvelgiant į skirtingas aplinkos sąlygas, gali būti įmanoma analizuoti ir išaiškinti prisitaikymo mechanizmus.

menu
menu