21 lutego, 2024

MSPStandard

Znajdź wszystkie najnowsze artykuły i oglądaj programy telewizyjne, reportaże i podcasty związane z Polską

Genomy niesporczaków ujawniają sekrety ekstremalnego przetrwania

Genomy niesporczaków ujawniają sekrety ekstremalnego przetrwania

Niedawne badania niesporczaków ujawniają złożoną podstawę genetyczną ich wyjątkowej elastyczności, podważając wcześniejsze założenia dotyczące ich adaptacji do środowiska i wskazując na niezależne zdarzenia ewolucyjne w zakresie ich zdolności do anhydropatyzacji.

Niesporczaki mogą być ostatecznymi ocalałymi z natury. Chociaż łatwo przeoczyć te małe, prawie przezroczyste zwierzęta, reprezentują one zróżnicowaną grupę, która z powodzeniem skolonizowała środowiska słodkowodne, morskie i lądowe na każdym kontynencie, w tym na Antarktydzie.

Te niezwykłe stworzenia, zwane „niedźwiedziami wodnymi”, mogą należeć do najbardziej odpornych organizmów na planecie dzięki swojej niezrównanej zdolności do przetrwania w ekstremalnych warunkach, w różnych… Klasyfikować Jest odporny na suszę, wysokie dawki promieniowania, środowiska o niskiej zawartości tlenu oraz wysokie i niskie temperatury i ciśnienia.

Chociaż zaproponowano, że wiele genów przyczynia się do tej ekstremalnej tolerancji, kompleksowe zrozumienie pochodzenia i historii tych wyjątkowych adaptacji pozostaje nieuchwytne. W nowym badaniu opublikowanym w Biologia i ewolucja genomunaukowcy z Instytutu Zaawansowanych Nauk Biologicznych Uniwersytetu Keio Uniwersytet w Oslo Muzeum Historii Naturalnej i Uniwersytet w Bristolu Ujawnia zaskakująco złożoną sieć duplikacji i strat genów związanych z ekstremalną wytrzymałością niesporczaków, podkreślając złożony krajobraz genetyczny, który napędza ekologię współczesnych niesporczaków.

Zrozumienie rodzin genów niesporczaków

Jako forma ekstremalnej wytrzymałości, niesporczaki mogą przetrwać prawie całkowite odwodnienie, wchodząc w stan diapauzy zwany anhydrobiozą.każdy, Życie bez wody), pozwalając im na odwracalne zatrzymanie metabolizmu. Wcześniej odkryto, że wiele rodzin genów specyficznych dla niesporczaków jest powiązanych z ahydrobiozą.

Trzy z tych rodzin genów nazywane są CBłagam Cię, MMitochondria i SWydzielone AObszerny HOn je SRozpuszczalne białka (odpowiednio CAHS, MAHS i SAHS) w oparciu o lokalizację komórkową, w której białka ulegają ekspresji. Wydaje się, że niektóre niesporczaki mają inną ścieżkę, obejmującą dwie rodziny obfitych, rozpuszczalnych w cieple białek, które po raz pierwszy zidentyfikowano u niesporczaków. Próba konia Zwykle określa się je jako alfa i beta EtAHS.

Powolny chód i rozwój

Zdjęcie niesporczaka Ramazotius variornatus, znajdujący się w środku linii CAHS, jest największą z sześciu rodzin białek związanych z suszą analizowanych w tym badaniu. Źródło: Kazuharu Arakawa, Instytut Zaawansowanych Nauk Biologicznych Keio

Niesporczaki posiadają również geny odporności na stres, które można znaleźć u szerszych zwierząt, takie jak gen rekombinacji mejotycznej 11 (MRE11), który powiązano z tolerancją na suszę u innych zwierząt. Niestety, od czasu identyfikacji tych rodzin genów, dostępne są ograniczone informacje na temat większości linii niesporczaków, co utrudnia wyciąganie wniosków na temat ich pochodzenia, historii i implikacji ekologicznych.

READ  Nasz Księżyc był oddalony od Ziemi 2,5 miliarda lat temu

Badanie ewolucji niesporczaków

Aby lepiej rzucić światło na ewolucję skrajnej tolerancji niesporczaków, autorzy nowego badania — James Fleming, David Pisani i Kazuharu Arakawa — zidentyfikowali sekwencje z tych sześciu rodzin genów w 13 rodzajach niesporczaków, w tym przedstawicieli każdego z głównych rodowody niesporczaków. Eutardigrady i heterotardigrady. Ich analiza ujawniła sekwencje 74 CAHS, 8 MAHS, 29 SAHS, 22 EtAHS alfa, 18 EtAHS beta i 21 MRE11, co pozwoliło im skonstruować pierwsze filogenezy niesporczaków dla tych rodzin genów.

Ponieważ odporność na suszę prawdopodobnie pojawiła się jako adaptacja do środowiska lądowego, badacze postawili hipotezę, że znajdą związek między duplikacją i utratą genów w tych rodzinach genów a zmianami siedlisk niesporczaków. „Kiedy rozpoczynaliśmy prace, spodziewaliśmy się, że każdy klad będzie wyraźnie skupiony wokół starożytnych wersji, z kilkoma niezależnymi stratami. Pomoże nam to łatwo powiązać je ze zrozumieniem współczesnych siedlisk i ekologii” – mówi główny autor badania, James Fleming „Intuicyjną hipotezą jest, że ewolucja transkrypcji genów związanych z suszą powinna teoretycznie zawierać pozostałości historii środowiskowej tych organizmów, choć w rzeczywistości okazuje się to nadmiernym uproszczeniem”.

Zamiast tego badaczy zaskoczyła ogromna liczba niezależnych kopii genów rozpuszczalnych w cieple, co dało bardziej złożony obraz ewolucji genów związanych z anhydrobiozą. Warto jednak zauważyć, że nie było wyraźnego związku między silnym gatunkiem anhydrobiologicznym a liczbą posiadanych przez gatunek genów spokrewnionych anhydrobiologicznie. „To, co odkryliśmy, było znacznie bardziej ekscytujące” – mówi Fleming – „złożona sieć niezależnych zysków i strat, które niekoniecznie są powiązane ze środowiskiem współczesnych gatunków lądowych”.

Autonomiczne adaptacje w liniach niesporczaków

Chociaż nie było związku między duplikacją genów a środowiskiem niesporczaków, badanie dostarczyło kluczowego wglądu w kluczowe transformacje, które doprowadziły do ​​nabycia ahydrobiozy. Odrębne rozmieszczenie rodzin genów w dwóch głównych grupach niesporczaków – CAHS, MAHS i SAHS u Eutardigrade oraz EtAHS alfa i beta u Heterotardigradów – sugeruje, że u niesporczaków wystąpiły dwa niezależne przejścia z przejrzystego środowiska morskiego do lądowego, raz u przodka Eutardigrade i raz w Within Heterotardigrades.

READ  Będzie to pierwszy amerykański statek kosmiczny, który wyląduje na Księżycu od czasów Apollo

Badania te stanowią ważny krok naprzód w naszym zrozumieniu ewolucji ahydrobiozy u niesporczaków. Stanowi także podstawę do przyszłych badań nad ekstremalną tolerancją niesporczaków, co będzie wymagało ciągłego rozwoju zasobów genomowych z bardziej zróżnicowanych linii niesporczaków.

„Niestety nie mamy przedstawicieli kilku ważnych rodzin, takich jak Isohypsibiidae, co ogranicza zakres, w jakim możemy trzymać się naszych wniosków” – mówi Fleming. „Dzięki większej liczbie próbek niesporczaków słodkowodnych i morskich będziemy w stanie lepiej oszacować adaptacje członków grupy lądowej”. Niestety, niektóre niesporczaki mogą być szczególnie nieuchwytne, co stanowi główną przeszkodę w takich badaniach. Na przykład, Tanarctus populus, jeden z ulubionych niesporczaków Fleminga, jest tak mały, że nie można go zobaczyć gołym okiem i występuje wyłącznie w osadach północnego Oceanu Atlantyckiego na głębokości około 150 metrów. „Mamy nadzieję, że zakrojone na szeroką skalę inicjatywy sekwencjonowania realizowane w ramach projektu Earth Biogenome Project będą stale wypełniać tę lukę w naszym rozumieniu i cieszę się, że będzie to kontynuowane” – mówi Fleming.

Odniesienie: „Ewolucja rodzin białek niesporczaków związanych z temperaturą i suszą ujawnia złożone nabywanie ekstremalnej tolerancji” James F. Fleming, David Pisani i Kazuharu Arakawa, 29 listopada 2023 r., Biologia i ewolucja genomu.
doi: 10.1093/jpe/evad217