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:
- Некодирующие регионы могут содержать регуляторные элементы, необходимые для правильной экспрессии генов, важных для роста.
- 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.
