Красные водоросли процветают, несмотря на массовую потерю генов предком

Потеря 25% генов могла бы стать серьёзной проблемой для выживания, но не для красных водорослей, включая нори — водоросль для суши.

Предок красных водорослей потерял около четверти своих генов примерно миллиард лет назад, но эти водоросли всё равно стали доминировать в прибрежных зонах по всему миру. К такому выводу пришли учёные в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications.

Эта работа может помочь в создании генетически модифицированных водорослей для сельского хозяйства, прогнозировании распространения вредителей и контроле над инвазивными видами, которые покрывают береговые линии.

Учёные полагают, что 25%-я потеря генетического материала стала результатом адаптации предка красных водорослей к экстремальной среде (например, горячим источникам или среде с низким содержанием питательных веществ). Тогда геном этих водорослей стал меньше и более специализированным. Вопрос в том, как им удалось выйти из этих сложных условий и заселить множество разных сред обитания.

Красные водоросли включают фитопланктон и морские водоросли. Нори и другие красные водоросли — важные сельскохозяйственные культуры в Японии, Корее и Китае, где их используют, в частности, для заворачивания суши. Также они применяются как загустители, эмульгаторы и в молекулярно-биологических экспериментах.

Учёные предположили, что предок красных водорослей смог адаптироваться к сильно различающимся световым условиям, развив гибкие светособирающие аппараты. Их результаты подтверждают эту гипотезу.

Исследователи создали высококачественную последовательность генома одноклеточной красной водоросли Porphyridium. Они обнаружили, что многие дуплицированные и диверсифицированные семейства генов связаны с фикобилисомами — белками, которые улавливают и передают световую энергию к фотосистеме II (белковому комплексу, поглощающему свет) для расщепления воды. Это критически важный первый шаг в фотосинтезе.

Ключевой компонент фикобилисом — «линкерные белки», которые помогают собирать и стабилизировать этот белковый комплекс. Результаты показывают значительную диверсификацию линкерных белков, которая могла улучшить фотосинтетическую способность и объяснить, как водоросли теперь процветают в разных средах — от прибрежных зон до коралловых рифов.