Ученые выяснили молекулярные механизмы покоя цист динофлагеллят

Динофлагелляты играют ключевую роль в водных экосистемах, в частности, как основные участники вредоносных цветений водорослей. Они могут входить в покоящуюся стадию — стадию покоящейся цисты, — которая позволяет им выживать в морских осадках до 150 лет. Этот покой важен для их ежегодной популяционной динамики, циклов цветения и географического распространения.

Несмотря на экологическую важность покоящихся цист, молекулярные механизмы, управляющие их покоем, поддержанием жизнеспособности и прорастанием в природных осадках, оставались малоизученными.

Чтобы лучше понять этот процесс, исследователи из Института океанологии Китайской академии наук (IOCAS) совместно с учеными из Университета Коннектикута изучили эти механизмы. Они использовали специфичный для мРНК динофлагеллят сплайсированный лидер (DinoSL) в качестве «крючка», а также секвенирование в реальном времени на уровне одной молекулы и другие физиологические измерения.

Исследование было опубликовано в Science Advances 7 февраля.

Ученые создали три библиотеки кДНК на основе DinoSL из природных сообществ цист и раскрыли генетические и метаболические механизмы, участвующие в покое цист. Они обнаружили, что подавляющее большинство генов, связанных с основными метаболическими и регуляторными путями (кроме путей, связанных с фотосинтезом), остаются транскрипционно активными в сообществах цист.

Кроме того, исследователи идентифицировали «активные» гены и пути, критически важные для поддержания жизнеспособности и потенциала прорастания покоящихся цист динофлагеллят, погребенных в морских осадках.

«Широкий активный метаболический ландшафт, наблюдаемый в сообществах цист, погребенных в осадках, подчеркивает важный аспект молекулярного механизма, необходимого для поддержания покоя», — пояснил профессор Тан Инчжун, автор-корреспондент исследования.

С помощью метатранскриптомного анализа и последующих гипотез ученые получили более глубокое понимание, изучив лабораторно индуцированные цисты у репрезентативного вида динофлагеллят, образующего цисты. Они обнаружили, что аутофагия усиливается во время покоя цист, что указывает на то, что альтернативное производство энергии и рециклинг клеточных ресурсов являются ключевыми стратегиями поддержания покоя и жизнеспособности.

Также исследователи выяснили, что два классических фитогормона — абсцизовая кислота (ABA) и гибберелловая кислота (GA) — играют антагонистическую роль в регуляции поддержания и выхода из покоя цист. Исследование показало, что низкая температура и темнота — два типичных для морских осадков фактора среды — вызывают противоположные эффекты на биосинтез и катаболизм ABA и GA. Это приводит к повышенному уровню ABA и снижению накопления GA, что соответствует глубокому покою цист динофлагеллят в природных условиях.

Эта работа углубляет понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе переходов жизненного цикла и покоя динофлагеллят.