Новый геномный анализ показывает, насколько ценным был этот хищный образ жизни для растения на протяжении всей его эволюционной истории. Исследования показывают, что на протяжении миллионов лет вид, Utricularia gibba, неоднократно сохранял и улучшал генетический материал, связанный с его хищной природой, несмотря на огромное эволюционное давление, направленное на удаление ДНК.Биологические сокровища, которые были взращены, включают гены, которые способствуют отлову добычи, перевариванию белков и транспортировке небольших кусочков белка (полученных от жертв пузырчатого) от одной клетки к другой.«Что интересно, это то, что мы не пошли и не выбрали эти гены», — говорит Виктор Альберт, доктор философии, профессор биологических наук Университета в Колледже искусств и наук Буффало. «Мы использовали биоинформатику, чтобы идентифицировать гены, которые были сохранены и обогащены у видов, и когда мы это сделали, эти гены, связанные с плотоядным образом жизни, были теми, которые выделялись.
Они кричали на нас, говоря, чтобы мы смотрели на них. "«Благодаря тщательному анализу мы смогли выявить генетические признаки хищного растения», — говорит Стефан Шустер, доктор философии, профессор биологических наук Технологического университета Наньян в Сингапуре.Результаты будут опубликованы 15 мая в Трудах Национальной академии наук.
Альберт и Шустер руководили исследованием вместе с Луисом Эррера-Эстрелла из Центра исследований и перспективных исследований (Cinvestav) в Мексике. Другие исследователи прибыли из Государственного университета Сан-Диего, El Instituto de Ecologia в Мексике, Университета Оттавы в Канаде и Фуцзянского университета сельского хозяйства и лесоводства в Китае.Генетические основы хищного растенияАльберт, Шустер, Эррера-Эстрелла и его коллеги впервые сообщили о секвенировании генома пузырчатого пузыря в 2013 году, о достижении, описанном в журнале Nature.
Однако с новыми инструментами, доступными в области геномики, исследователи снова объединили усилия, чтобы создать еще лучшую версию генома пузырчатого пузыря для исследования 2016 года.Выбранный ими метод секвенирования был методом одиночных молекул, разработанным Pacific Biosciences (PacBio). Как и другие технологии, эта считывает разные участки ДНК в геноме, а затем специализированное программное обеспечение объединяет перекрывающиеся фрагменты для формирования все больших и больших цепочек. Но метод PacBio позволил ученым построить лучший геном, создав отдельные цепочки ДНК пузырного пузыря, более чем в 40 раз длиннее, чем раньше.
Эта новая высококачественная последовательность позволила исследователям исследовать геном пузырного пузыря по-новому.Например, они смогли идентифицировать важные цепочки копий генов, известные как тандемные повторы. Это фрагменты генетического материала, которые случайно дублировались рядом друг с другом, иногда более одного раза. Такие повторяющиеся гены часто теряются с течением времени по мере эволюции вида, поэтому те, которые сохраняются, являются кандидатами на то, чтобы дать своим хозяевам эволюционное преимущество.
Это особенно верно в отношении пузырчатого, говорят Альберт и его коллеги. Они отмечают, что это растение имеет крошечный геном, богатый генами, что свидетельствует о том, что у этого вида была история безудержных делеций ДНК.Тандемные повторы в геноме пузырного пузыря включали гены, ответственные за создание протеаз папаина — «белков, которые пережевывают другие белки», как выразился Альберт, — а также гены, которые способствуют транспорту пептидов, в которых измельченные белки (части жертвы) перебрасываются из одной клетки пузырчатого в другую.
Обе группы генов очень активны в вакуумных ловушках растений, что указывает на их роль в переваривании добычи.Тандемные повторы также включают гены, связанные с такими характеристиками, как кислотность ловушек и эластичность их клеточных стенок — качества, которые могут способствовать эффективности растения как хищника.«Ловушка Utricularia имеет толщину всего две клетки, и способ ее захвата заключается в том, что он создает огромное отрицательное давление внутри ловушки, чтобы засосать добычу, когда она сработала», — говорит Херерра-Эстрелла. «Клеточные стенки находятся под большим напряжением.
Так что нет ничего удивительного в том, что, кажется, есть некоторые интересные кластеры тандемных дубликатов, которые имеют дело с динамизмом клеточной стенки».