Расшифрован и проанализирован геном цианобактерии, фиксирующей азот

Исследователи секвенировали и проанализировали необычно большой геном штамма азотфиксирующей цианобактерии Trichodesmium erythaeum IMS 101, сравнив его с более чем 150 существующими геномами цианобактерий.

В отличие от многих известных последовательностей, геном T. erythaeum велик относительно количества кодируемых генов. Понимание значимости консервативных некодирующих регионов может помочь объяснить, как эти водоросли с необычной геномной архитектурой процветают в бедных питательными веществами регионах.

Проект CyanoGEBA в рамках Community Science Program Объединенного института геномики Министерства энергетики США (DOE JGI) был сосредоточен на секвенировании 50 филогенетически разнообразных геномов цианобактерий.

Ключевые отличия Trichodesmium

  • В отличие от распространенных в океане Prochloroccus и Synechococcus, этот род цианобактерий играет ключевую роль в фиксации атмосферного азота, отсутствие которого часто лимитирует рост.
  • Команда обнаружила, что менее двух третей общей ДНК T. erythaeum кодирует белки. Из оставшейся некодирующей ДНК почти 90% экспрессируется в виде РНК.
  • Некодирующая ДНК содержит "многочисленные" повторы последовательностей.
  • Сравнение с другими штаммами Trichodesmium показало, что все они имеют схоже низкую плотность генов и большие размеры генома.

Возможные объяснения

Исследователи предложили две гипотезы для объяснения такой геномной архитектуры:

  1. Некодирующие регионы могут содержать регуляторные элементы, необходимые для правильной экспрессии генов, важных для роста.
  2. Межгенные регионы могут постепенно "раздуваться" в эволюционные периоды, характеризующиеся селективными процессами, связанными с цветением водорослей.

Способность Trichodesmium процветать как в крупных скоплениях, так и в сообществе с другими микробами может вести к появлению множества субпопуляций, что также может способствовать формированию некомпактных геномов.

Архитектура геномов Trichodesmium неожиданна и консервативна в различных средах обитания, в то время как у других цианобактерий плотность генов выше, а некодирующей ДНК меньше. Связь между "лишней" ДНК Trichodesmium и их уникальной способностью фиксировать азот, ключевой для понимания микробной экологии, еще предстоит выяснить.