14.12.2012

Водоросли-«матрёшки» не сумели поглотить ДНК своих эндосимбионтов

Считается, что хлоропласты — фотосинтетические органеллы растений и водорослей — возникли в результате симбиоза: когда-то давным-давно нефотосинтезирующие клетки предоставили внутри себя убежище фотосинтезирующим. Постепенно фотосинтетики, поселившиеся внутри, упростились и превратились в хлоропласты. Однако не все хлоропласты имеют одно происхождение. Чаще всего, полагают учёные, они образовывались из цианобактерий. Однако зелёные и красные водоросли получили свои хлоропласты, по-видимому, «проглотив» какие-то эукариотические, небактериальные клетки, которые уже имели к тому времени хлоропласты. В некоторых случаях от ядра поглощённых клеток-фотосинтетиков остался так называемый нуклеоморф — редуцированное клеточное ядро, находящееся между мембранами хлоропласта. И это помимо собственного генома пластиды, оставшегося от бактерии, которую поглотил первый хозяин.

Иными словами, перед нами двойной эндосимбиоз: сначала один эукариот поглощает цианобактерии, а потом второй эукариот поглощает первого с его хлоропластами, в которые превратились цианобактерии. Чтобы лучше понять эволюционный путь такой «матрёшки», исследователи из Объединённого института геномных исследований (США) и Университета Дальхауз (Канада) сравнили геномы двух микроскопических водорослей, Bigelowellia natans и Guillardia theta, относящихся к криптофитовым и хлорарахниофитовым водорослям. Обоих называют «живыми ископаемыми» — из-за нуклеоморфа в хлоропластах. Учёные проанализировали последовательности всех геномов: собственного ядерного генома водоросли, ДНК митохондрий, ДНК хлоропласта и ДНК нуклеоморфа хлоропласта. Причём отдельно сравнивались полные геномы водорослей и транскриптомы, то есть РНК, синтезированная на активных генах.

Как пишут авторы в журнале Nature, и B. natans, и G. theta имеют на удивление сложную систему ферментов, необходимых для фиксации углерода и вообще углеродного обмена. Но ответ на главный вопрос — зачем водорослям понадобилось сохранять нуклеоморф — оказался на удивление простым. У B. natans и G. theta перестал работать механизм переноса генов эндосимбионтов в ядро хозяина. У большинства других организмов эндосимбионт жертвовал своим геномом, который переходил во владение хозяина. У криптофитовых и хлорарахниофитовых водорослей механизм переноса и встройки генов в хозяйский геном перестал работать, поэтому ДНК симбионта до сих пор присутствует в хлоропластах в виде нуклеоморфа.

Иными словами, никакой нужды в дополнительном отдельном геноме у водорослей не было, просто во время установления эндосимбиотических отношений что-то пошло не так. Вместе с тем остаётся вероятность, что какой-то смысл в этой странной генетической «матрёшечности» всё же найдут: генетические и молекулярно-биологические исследования таких водорослей пока только набирают силу. Но уже сейчас можно сказать, что исследователи прояснили несколько важных этапов в эволюции фотосинтетических организмов: теперь мы знаем, что ДНК некоторых из них в действительности не принадлежит одному организму, а представляет собой результат смешения хозяйского генома и генома поглощённого эндосимбионта, от которого в клетке хозяина остались только хлоропласты.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА