Chara genoomi selgitamine: mõju maa taimede tekkimisele paleosoikaajas

NYSTV - Real Life X Files w Rob Skiba - Multi Language (Juuli 2019).

Anonim

Charophyceae, maa taimede sugulased, on genoomid, mis annavad olulist teavet, et mõista, kuidas maa taimed arenesid oma esivanematest paleosoika ajastul. Siin me teavitame Charophyceae Chara braunii genoomi projektist ja selle võrdlusest maa taimedega, Klebsormidium nitens'iga ja muude rohevetikatega. Võrdlus näitas, et geenide omandamine enne ja pärast Charophyceae lahknemist liini, mis viib maa taimedeni, samuti Charophyceae sisse.

Maa taimed domineerivad maismaaloomadel ja koosnevad peamiselt toiduvarudest. Kuidas maa taimi arenenud vetikate veed on olnud probleem meelitada palju teaduslikku tähelepanu. 2011. aastal avaldas dr Nishiyama koostöös teiste teadlastega artiklit, milles võrreldi Chlamydomonas reinhardtii, samblite Physcomitrella patens, spikemossi liiki (Selaginella moellendorffii) ja kaleid (Arabidopsis thaliana). Võrdlus näitas, et pärast Chlamydomonas maa taimede esivanema eraldumist omandati mitmeid maade taimede mitmekesistamiseks mitmeid geene. Kuid Chlamydomonas ja maa taimed on kaugelt seotud ja nende hajuvusaeg on 1 miljard aastat, mistõttu oli selgelt huvitav, et roheliste vetikate genoomide järjestused oleksid maa taimede läheduses. 2014. aastal avaldasid Tokori Tehnoloogiainstituudi prof Ohta juhitud dr Hori ja teised, Klebsormidium nitensi genoomijärjestuse, niisuguste roheliste vetikatega, mis lähevad taimede külge lähemale kui Chlamydomonas; nad näitasid, et Klebsormidium nitensil on geene, mis on olulised maa elamiseks samaväärsetel maa taimede omadustel.

Kolm rühmi rohelisi vetikaid on evolutsiooniliselt lähemal maa taimed kui Klebsormidiophyceae, st Charophyceae, Coleochaetophyceae ja Zygnematophyceae (joonised 1 ja 2). Nende seas moodustavad Charophyceae kõige keerulisemad kehaehitusplaanid reproduktiivorganitega, anteridia ja oogoniaga. Tegelikult tegi Pringsheimi aastatel 1860, et Chara (praegu paigutatud Charophyceae) on tihedalt seotud maa taimedega. Zygnematophyceae peetakse jätkuvaks liiniks, mis on kõige lähedasem taimede saamiseks, kuid neil on seksuaal reproduktiivsüsteem, kus sugurakke moodustavad gametes (reproduktiivrakud), mis on suurusjärgus peaaegu võrdsed kui suured muna ja väike ujumispiim rakk. Käesolevas uuringus avaldame Chara braunii genoomi, mida loetakse maa taimedest eraldatuna 550-750 miljonit aastat tagasi.

Siin osales 60 teadlast 40 asutust 13 riigist Charophyceae esindaja Chara braunii genoomi analüüsis. Nad on saanud genoomi järjestuse eelnõu, mis on piisav teiste organismide genoomide võrdlemiseks. Genoomi järjestuse eelnõu deponeeritakse Jaapani DNA andmekogus (DDBJ) ja see saadetakse Rahvusvahelise nukleotiidjärjestuse andmebaasi koostöös (INSDC).

Chara braunii üksikisikud koguti Kasumigaura järve ääres, Ibarakis ja Saijo linnas, Ehime, Jaapanis. Tehti kindlaks tüved, mida saaks kasvatada laborites ja kasutada genoomi analüüsiks. Hinnanguliselt oli genoomi suurus suur (ligikaudu 2 Gbp, umbes kaks kolmandikku inimese genoomi). Enamiku genoomide järjestamiseks kasutati Jaapani riikliku geneetikainstituudi järgmisel põlvkonnal Illumina järjestusi.

Pärast toores järjestuste kokkupanemist tellingutesse jäeti välja rakumembraani järjestused, mis ilmselt pärinesid bakteritest, ja saadi 1, 75 Gbp karkassijärjestusi. cDNA klooniti Tokyo ülikoolis Escherichia coli-s (mRNA pöördtranskribeeriti komplementaarseks DNA-ks) ja saadud raamatukogu valiti ja sekveneeriti tavapärase järjestusrühma kaudu, et saada lühikesed alamjärjestused, ekspresseeritud järjestuse märk (EST). Neid andmeid kasutati koos cDNA-ga saadud kõrge läbilaskevõimega järjestuste andmetega, kasutades Tokyo ülikoolis Illumina järjestooteid ja muid andmeid, mille Euroopa grupp sai cDNA-le, et ennustada sisalduvaid geene ja hinnata 35 422 geenistruktuuri.

Selles uuringus hinnati Charophyceae ja maa taimede viimast levinud esivanemat, et tal oleksid kõik geenid, mida tuntud maa taimedest raku jagunemiseks, välja arvatud üks, TANGLED1. Leiti, et geenides, mis teadaolevalt on seotud fütohormone biosünteesi ja maa taimede reaktsioonidega, leidub, et Chara braunii'l on kõik etüleeni signalisatsioonisüsteemiga seotud geenid, samas kui Klebsormidium nitensil puudub üks geen EIN2. Lisaks leiti, et Chara braunii'l on geenid, mis kodeerivad Aux / IAA-d ja ARF-i, transkriptsioonifaktorid, mis on seotud auxiinivastusega. Neid geene ei leitud Klebsormidium nitens'ist.

Teisest küljest, kuna TIR1-tüüpi retseptorit ei leitud kas Chara braunii ega Klebsormidium nitens'is, võib auksiinreaktsioonil olla teadaolevaid mehhanisme. Abstseeinhappe retseptorid (PYR), jasmonhape ja salitsüülhape ei identifitseeritud, mis viitab sellele, et maapõuest leitud retseptorid saadi tõenäoliselt pärast Charophyceae eraldamist ja taimede kasvatamist. Peale selle on Chara braunii'l GUN1 ortoloog, mis on süsteemi võtmeks, et reguleerida kloroplastvalkude sünteesi "tagasiulatuva" signaali abil, mis pärineb kloroplastist tuumale, nagu maa taimedel. Chara braunii omab rohkem transkriptsioonifaktorit kui teised rohelised vetikad, mille genoomid on kindlaks määratud.

Charophyceae morfoloogiline keerukus võis tuleneda geneetiliste perede laienemisest pärast maa taimede eraldamist; seega peaks selline laienemine olema sõltumatu maamajandusest. Eelkõige tuleb märkida reaktiivsete hapnikuühendite (ROS) geenivõrk, LysM-retseptoritaolised kinaasid ja triheliks transkriptsioonifaktorite perede laienemine. Seksuaalsete reproduktiivstruktuuride transkriptsioonianalüüs näitab keerulist kontrolli transkriptsioonifaktorite, ROS-i geenivõrgustiku aktiivsuse ja toitainete säilitamise kaasatud proteiinide ning sigoti taime-sarnaste säilitamis- ja stressivastaste proteiinide esivanemate kasutamise üle.

Need Chara braunii projekti genoomi järjestuse põhjal tehtud analüüsid näitavad, et Harophyceae ja maa taimede ühiste esivanemate jaoks eksisteerivad oma maismaal elavatele maa taimidele olulised tunnused, mis näitavad, et need taimedele iseloomulikud tunnused omandati enne tekkimist vanimatest maamaimedest.

Käesolev uuring edukalt näitas Chara braunii genoomi järjestust. Seda järjestust saab viidata maa taimede arengu- ja geneetilistele uuringutele ning aidata kaasa maa taimede arengu arusaamisele. Kuna Chara rakud on nii suured, on neid kasutatud elektrofüsioloogilisteks uuringuteks, kasutades membraanipotentsiaali mõõtmiseks mikroelektroodi. Teadmised selle genoomi kohta on kasulikud mõisted selliste füsioloogiliste parameetrite aluseks olevate molekulaarsete mehhanismide kohta.

Lisaks on Chara braunii kosmopoliitne liik, mis levib laias maailmas, välja arvatud Antarktikas, ning on ökoloogiliselt kohandatud erinevatele keskkonnadele. Selles uuringus kasutatud Chara braunii tüved koguti Kasumigaura järve ääres, Ibarakis ja Saijo linnas, Ehime, Jaapanis. Kasumigaura järvest tundub olevat kohandatud rikkaliku valgusveega madalas vees, samas kui Saijo linn on ilmselt kohandatud madalama valguse tasemega sügavale veele. Erinevate keskkonnatingimustega seoses genoomi järjestusi uurides võib olla võimalik analüüsida ja selgitada kohanemismehhanisme.

menu
menu