Биологи обнаружили высокосложную систему коммуникации у водных цианобактерий

Новое исследование Университета Индианы выявило сложную систему взаимной коммуникации внутри и между фоторецепторами у пресноводных цианобактерий, уровень сложности которой превосходит таковые у растений или других организмов.

Работа биолога Дэвида М. Кехоу и аспиранта Адама Н. Бассэлла из IU Bloomington, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, не только идентифицирует новый тип фоторецептора, способного одновременно воспринимать четыре разных цвета света, но и впервые демонстрирует регуляцию количества одного фоторецептора вторым у цианобактерий.

Цианобактерии имеют огромное эволюционное и экологическое значение: эти древние водные бактерии, известные как "сине-зелёные водоросли", были первой группой организмов на Земле, выделявшей кислород в процессе фотосинтеза. Их фотосинтетическая активность в настоящее время обеспечивает около 40% производства кислорода на планете.

Анализируя вновь открытый фоторецептор IflA (influenced by far-red light) и его способность использовать два различных фотосенсорных домена для реакции на синий, зелёный, красный и дальний красный свет, исследователи предположили, что обнаружили уникальный и выгодный механизм для жизни в водной среде, не нужный на суше.

"В отличие от воздуха, вода очень хорошо поглощает дальний красный свет, хорошо — красный, умеренно — зелёный и плохо — синий свет, — сказал Бассэлл. — Поэтому водные цианобактерии сталкиваются с большими изменениями в относительных количествах этих цветов, просто перемещаясь вверх или вниз на несколько метров в толще воды".

В мире, где соотношения цветов света и уровни облучения сильно меняются на разных глубинах, преимущества сложной коммуникационной системы могут быть критически важны. В данном случае это способность двух доменов фоторецептора IflA влиять на поведение друг друга во время восприятия света.

"Наши результаты показывают, что эти домены взаимодействуют друг с другом и одновременно интегрируют информацию о четырёх различных цветах света, — сказал Кехоу. — Такая сложность никогда не встречалась у растений или других организмов".

Исследователи изолировали ген IflA из клеток нитчатой пресноводной цианобактерии Fremyella diplosiphon и сверхэкспрессировали различные области белка IflA в бактерии Escherichia coli, сконструированной для производства необходимых IflA светочувствительных хромофоров. Они обнаружили три аминокислоты, необходимые для связывания двух хромофоров, и что один белковый домен воспринимает красный и дальний красный свет, а другой — синий и зелёный свет.

Дополнительную сложность системе придаёт первое описание у бактерий сильной регуляции количества IflA вторым фоторецептором RcaE, который воспринимает красный и зелёный свет и подавляет количество IflA при красном свете.

"Опосредованное RcaE увеличение количества IflA по мере роста соотношения зелёного к красному свету привело к тому, что IflA был примерно в семь или восемь раз более распространён в зелёном свете, чем в красном, — сказал Кехоу. — Это никогда не наблюдалось у членов семейства прокариотических фитохромов и демонстрирует, что между этими фоторецепторами также существуют сложные взаимодействия".