珪藻の南極適応の追跡

Anonim

珪藻は一般的なタイプの光合成微生物であり、海洋から土壌に至るまでの多くの環境で見られる。 海洋では、光合成の間に捕獲された地球規模の海洋炭素の3分の1以上を担っています。 これは、海底の堆積物に蓄積されるかなりの量の隔離された炭素をもたらす。 淡水と海洋の両方の生態系において、食物網の基盤は、広い温度範囲で繁盛する珪藻を含む植物プランクトンの多様なコミュニティで構成されています。 南または南極海では、特定の珪藻である Fragillariopsis cylindrusの 大集団が植物プランクトン群集を支配している。

米国のノーウィッチにあるUniversity of East Anglia(UEA)の科学者たちが率いるチームが、非常に寒い環境に適応した F. cylindrusの 詳細については、米国エネルギー省ジョイントゲノムの専門知識を活用して3つの珪藻を含む比較ゲノム解析を実施した(DOE JGI)は、すべてのシークエンシングとアノテーションを実施しました。 Nature 誌の2017年1月16日にオンラインで報告されたこの結果は、 F。シリンドロスの ゲノム構造と進化、そしてこの珪藻の南大洋における役割についての洞察を提供した。 特に興味深いのは、二倍体である F.シリンドロス (各染色体の2つのコピーを有し、したがって各遺伝子の2つのバージョン)が、その環境に対処するのを助けるのに最も適した変異体を選択的に発現し得ることである。 これは、その環境が変化すると、生物にさらなるゲノムに根ざした弾力性を提供する。

「植物プランクトンを含む多くの種が南洋に流行している」と研究を主導したUEAのトーマス・モック氏は述べた。 彼らは、この極端で変化の激しい環境に対処するために、何百万年もの間進化してきましたが、その仕組みはほとんど知られていませんでした。地球は進化した。

南太平洋で繁栄するために、 F. cylindrus は、暗闇、凍結および解凍の温度、および二酸化炭素および鉄の様々なレベルを含む広範囲の状態に応答しなければならない。 例えば、多くの植物プランクトンのように、 F。シリンドロス は冬に海氷に閉じこめられ、海氷の大部分が溶ける夏に放出されます。

2007年のCommunity Science Programのポートフォリオの一部として、 F. cylindrusの 6, 000, 000塩基対(MegabaseまたはMb)ゲノムが配列決定されました。 ゲノムアセンブリの初期版は、ゲノム学者や集団遺伝学者を含む6年以上の複数のグループを必要とするゲノムを分析して、2010年までに入手可能でした。 比較分析のために、そのゲノムを、溶存鉄の濃度がより高い温帯海域に見られる珪藻Thalassiosira pseudonananaおよびPhaeodactylum tricornutumのそれらと比較した。 これらの珪藻ゲノムは、DOE JGIによって以前に報告された。

この分析により、 F. cylindrus ゲノムのほぼ4分の1が、他の珪藻に見出される同じ遺伝子のコピーであるが、突然変異を蓄積することによって発散した、高度に分岐した対立遺伝子が含まれていることが明らかとなった。 チームは、この対立遺伝子の相違が、およそ11万年前に始まった最後の氷期と一致するように見えることを発見しました。 DOE JGI Fungal Genomicsのヘッド・シニア・スタディーの著者であるIgor Grigoriev博士は次のように述べています。「同じ遺伝子の異なる対立遺伝子が多様な環境要因に対応するように発散し、進化しています。

Mock氏は、チームはまた、氷結合タンパク質やロドプシンなどの、 F 。 彼は、他の植物プランクトンゲノムには見られなかった、南洋の亜鉛の濃度が高いため、亜鉛ドメインを持つ多くのタンパク質を観察したと付け加えた。 亜鉛結合タンパク質ファミリーは、過去3, 000万年の間に拡大したようである。

「厳しい環境条件下で人口の適応能力を提供するために、 F. cylindrusの 人口が広範な変動を維持し、サポートしていることを知ることは、変化する環境条件に対する自然人口の理解に広範な影響を及ぼす」と、DOEのヘッド、Jeremy Schmutz JGIの植物プログラムと研究共同著者。 個々の遺伝子型レベルでは、変化する条件下で、遺伝子の1つのハプロタイプコピーから他のハプロタイプコピーへの発現の観察された切換えが、利用可能なゲノム変異および含量を環境応答に翻訳するために自然界に存在する生存メカニズムの複雑さを示す。本発明者らは、別個のハプロタイプを大部分が冗長であると考え、単一のハプロタイプ基準を生成したが、 F。シリンダース の場合、2つのハプロタイプの主要な変動は種の生存および適応に不可欠であり、これにより、ゲノム技術とアッセイが海洋に生息する真核生物種にコミュニティによって適用される方法が変わる可能性が高い」と語った。

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