Пластидам динофлагеллят нашли родственников среди зеленых водорослей

На самый важный вопрос современности – «Как возникли водоросли?!» – смышленые ученые отвечают так: эндосимбиогенез! Под этим замысловатым словом понимается возникновение стойкого симбиоза между двумя клетками, одна из которых попадает внутрь другой и остается в ней жить, размножаться и передаваться по наследству ее потомкам. Этому явлению посвящен целый номер «Батрахоспермума», а Сергей Ястребов на «Элементах» неменьшее полотно накатал о происхождении конкретно водорослей и их пластид (упомянув мимолетом и наш чудо-юдо-журнальчик).

Если кратко, то миллиард лет назад некая одноклеточная хищная эукариота проглотила цианобактерию, которая не переварилась, а стала жить внутри нее и фотосинтезировать. Потомки этой бактерии со временем превратились в пластиды, а содержащие их составные организмы стали гордо именоваться растениями (супергруппа Archaeplastida, или Plantae). Некоторые из этих одноклеточных растений впоследствии и сами были проглочены другими одноклеточными эукариотами – и, что удивительно, ужились в них и превратились во вторичные пластиды. А иные обладатели таких вторичных пластид сами стали пластидами – третичными, – после того как их сожрали еще одни одноклеточные жруны. Со всеми перипетиями эволюции водорослей и их пластид может справиться только мегамозг.

Чтобы не потеряться в супергруппах, вот древо эукариот, опубликованное в самом начале этого года. Человек вместе с остальными животными, грибами и кое-кем еще входит в супергруппу Opisthokonta, а водорослей в ней нет.

Динофитовые водоросли, или динофлагелляты (входят в супергруппу Alveolata в составе более крупной супергруппы TSAR) – это тихий ужас даже для мегамозга. («Дино» перекликается с древнегреческим словом δεινός, «ужасный», как в слове «динозавр», однако «динофлагеллят» этимология возводит к греческому δῖνος, «вращение», намекая на их вертлявые жгутики, flagella по-латыни.) У большинства из них имеются вторичные пластиды, связанные происхождением с красными водорослями, – предполагается, что общий предок всех динофлагеллят уже обладал такой пластидой. В ряду эволюционных линий она терялась, а взамен приобретались другие вторичные пластиды, а еще чаще третичные – потомки водорослей из разных супергрупп эукариот, разной степени интегрированности в симбиотические отношения. Такого бешеного разнообразия пластид, как у динофлагеллят, нет ни в одной другой группе эукариот.

В большинстве своем симбиотические водоросли на пути становления вторичными и третичными пластидами теряли значительную долю своих генов и/или передавали их в хозяйский геном в хозяйском ядре, а собственное ядро утрачивали. Но в редких случаях оно сохранялось в рудиментарном виде – такой реликт носит название «нуклеоморф». Нуклеоморф есть во вторичных пластидах криптофитовых водорослей (входят в супергруппу Cryptista) и хлорарахниофитовых водорослей (входят в супергруппу Rhizaria в составе TSAR). Почти вся ДНК из этого «ядроида» давно перекочевала в ядро, остался лишь минимальный набор для «домашнего хозяйства». Отсутствие копий одних и тех же генов в нуклеоморфе и ядре говорит о прекращении процесса переноса и окончательном превращении симбионта в пластиду (хотя не исключено, что в будущем перенос генов в ядро возобновится и завершится – и опустевший нуклеоморф вообще исчезнет за ненужностью). Вычислить ближайших родственников этих вторичных пластид не представляется возможным – понятно лишь, что пластиды криптофитов произошли от красной водоросли, а хлоропласты хлорарахниофитов – от зеленой.

Динофлагелляты MGD (вверху) и TGD (слева). Фото: University of Tsukuba.

И вот недавно японские биологи обнаружили хорошо выраженные нуклеоморфы в пластидах у двух прежде неизвестных видов динофлагеллят – это первая находка нуклеоморфов с 1984 года, когда они были открыты у хлорарахниофитов. Видового описания новинок пока не делалось, и ученые называют их «штаммами MGD и TGD» – аббревиатуры расшифровываются как «зеленые динофлагелляты из Мурорана и Цуруоки», поскольку обнаружили их в береговых зонах этих городов Японии. А вот геномы их пока не расшифрованы, зато анализ РНК-транскриптов выявил последовательности, схожие с характерными для зеленых водорослей – от них, судя по всему, и происходят вторичные хлоропласты этих динофлагеллят. Кроме того, удалось распознать последовательности ядерной и нуклеоморфной природы, причем достаточно похожие: по всей видимости, на данном этапе эволюции перенос генов из нуклеоморфа в ядро все еще идет!

Что самое интересное, эти последовательности позволили ученым определить ближайших родственников вторичных пластид MGD и TGD среди зеленых водорослей, причем до рода. «Геномные анализы показали, что хлоропласты этих новых динофлагеллят произошли от эндосимбиотических зеленых водорослей, вероятно, из рода Pedinomonas», — сообщает профессор Юдзи Инагаки, старший автор исследования. Родство с водорослями Pedinomonas также обнаружилось у хлоропластов динофлагеллят Lepidodinium. Кстати, ранее в хлоропластах Lepidodinium viride находили ядроподобную структуру, но не такую четкую, как нуклеоморфы у MGD и TGD, – по всей видимости, у предков Lepidodinium симбиоз с предками Pedinomonas случился пораньше и эволюция пластид зашла подальше.

Зеленые водоросли Pedinomonas minor. Их пращуры вступали в симбиозы с динофлагеллятами. Фото: ACOI, Coimbra Collection of Algae.

Таким образом, биологам впервые удалось филогенетически связать вторичные хлоропласты эукариот с конкретными водорослями. Древние пединомонасы оказались достаточно открытыми к сожительству с предками разных динофлагеллят: как утверждают авторы исследования, эндосимбиозы у Lepidodinium, MGD и TGD возникли независимо друг от друга. Морфологически симбиотические пединомонасы уже вполне себе стали органеллами, однако на генетическом уровне органеллогенез еще не завершился. Это уникальная возможность для науки изучить эндосимбиогенез в процессе! Я бы еще что-то рассказал об этом открытии, но меня слишком уж смешит слово «пединомонас», не могу больше писать. 😆 ПЕДИНОМОНАС, ребят. 🤣


Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: PNAS (Sarai et al., 2020)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вам понравилось его читать и вы хотите поделиться информацией с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент с активной ссылкой на эту статью. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:
Как одноклеточные водорослюшки затыкают рот едой
Древнейший родственник людей и водорослей объявился в Индии
Зооксантеллы распространяются по-большому?

Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение