ДНК бактерии, важной для экосистемы, не поддается объяснению
Ученые обнаружили нечто необъяснимое в одной из самых бесплодных сред на Земле: бактерию Trichodesmium, последовательность ДНК которой содержит элементы, обычно встречающиеся только у гораздо более высокоорганизованных организмов.
Trichodesmium — это олиготрофная бактерия, способная выживать в крайне бедных питательными веществами регионах океана. Она процветает там настолько, что ее масштабные цветения видны невооруженным глазом и из космоса, за что древние мореплаватели прозвали ее «морскими опилками».
Эта бактерия — «азотфиксатор»: она делает суровые среды обитаемее, превращая газообразный азот из воздуха в аммоний, питательное вещество для других организмов. Она фундаментальна для всей пищевой сети океана.
Секвенирование множества геномов Trichodesmium показало, что только около 63% генома бактерии экспрессируется в белок. Это невероятно низкий показатель для бактерии и беспрецедентный для свободноживущего олиготрофа.
«Наше исследование добавляет новую складку в историю этой загадочной бактерии», — сказал Эрик Уэбб, соавтор исследования, опубликованного в марте в Proceedings of the National Academy of Sciences.
ДНК Trichodesmium противоречит общепринятой эволюционной догме. Это означает, что либо отсутствует важная часть головоломки, либо понимание эволюции микробных геномов нуждается в пересмотре.
«Уникальный эволюционный путь, отраженный в этом геноме, противоречит почти всем описаниям архитектуры геномов свободноживущих микробов на сегодняшний день», — сказал ведущий автор Натан Уолворт.
У высших организмов, таких как человек, лишь около 2% генома кодирует белки, остальное — «некодирующая ДНК». Бактерии с их огромными популяциями, как правило, имеют геномы, где ~85% последовательностей кодируют белки. Олиготрофы, в частности, избегают некодирующей ДНК из-за высоких энергозатрат на выживание в суровых условиях.
Trichodesmium ломает эту модель. Причина большого объема некодирующего пространства в ее геноме пока не определена.
Команда предполагает, что высокий уровень некодирующей ДНК — вероятно, результат сочетания факторов, включая способ цветения Trichodesmium. Цветения делают вид более уязвимым к генетическому дрейфу. Однако, поскольку другие цветущие цианобактерии не имеют расширенного некодирующего пространства, экология цветения — не вся история.
«Прямо сейчас мы предполагаем, что взаимодействия с другими неопределенными организмами также могут быть важны», — сказал Уэбб.
Необычная природа ДНК Trichodesmium представляет собой новую открытую проблему в генетике, которую исследователи стремятся решить, учитывая общую важность этого организма.