Первое в мире одновременное генетическое секвенирование коралла-хозяина и симбионтной водоросли

Здоровье и выживание кораллов во многом зависит от взаимодействия между кораллом-хозяином, фотосинтезирующей водорослью-симбионтом и сопутствующим сообществом микроорганизмов. Следовательно, создание генетического набора данных всего кораллового сообщества, или так называемого кораллового голобионта, необходимо для понимания их молекулярных взаимодействий. Доктор Чуя Шинзато из отдела морской геномики Окинавского института науки и технологий (OIST) и его коллеги из Института исследования атмосферы и океана (AORI) Токийского университета успешно секвенировали генетическую информацию коралла Porites australiensis и его симбионтов. Результаты этого исследования были опубликованы в онлайновом журнале PLOS ONE 16 января 2014 года (по японскому времени).

Исследователи использовали небольшую колонию кораллов Porites australiensis, собранную в водах у острова Сесоко в Мотобу, Окинава, Япония. Porites australiensis – кораллы, строящие рифы, состоящие из сотен отдельных полипов, скрепленных между собой “скелетами” из карбоната кальция, которые они выделяют. Поскольку живые кораллы растут поверх скелетов своих мертвых предшественников, эти кораллы давно используются для геохимического изучения прошлой морской среды. В данном исследовании ученые использовали генетическое секвенирование следующего поколения для проведения транскриптомного анализа кораллов Porites australiens для морских биологических исследований. В то время как секвенирование ДНК направлено на изучение всего генома живого организма, секвенирование транскриптома используется для выявления генов, которые экспрессируются в отдельных клеточных популяциях.

В результате транскриптомного анализа голобионта коралла Porites australiensis Синдзато и его коллеги собрали более 70 000 генетических последовательностей различных организмов. Затем исследователи сравнили этот результат с расшифрованными геномными данными коралла Acropora и Symbiodinium minutum, продемонстрированными Отделом морской геномики OIST в 2011 и 2013 годах соответственно, и успешно различили генетическую информацию, происходящую от коралла-хозяина и симбионтной водоросли Symbiodinum.

В то время как растения, грибы и бактерии способны синтезировать все 20 аминокислот, обычно входящих в состав белков, животные не обладают способностью синтезировать одну или несколько из этих аминокислот в количестве, достаточном для удовлетворения их метаболических потребностей. Люди, например, могут производить только 11 из 20 аминокислот, называемых незаменимыми аминокислотами, а остальные, называемые незаменимыми аминокислотами, должны поступать с пищей. Шинзато и его коллеги изучили пути биосинтеза аминокислот в сообществе кораллов Porites australiensis и обнаружили, что хозяин коралла и его симбионт водоросль Symbiodinum способны синтезировать большинство незаменимых аминокислот. Однако, что касается незаменимых аминокислот, то только водоросль Symbiodinum обеспечивала ими свой коралл-хозяин. Впервые в мире исследователи смогли предложить молекулярные доказательства комплементарности в синтезе аминокислот в голобионте коралла.

“Симбиотические отношения между кораллом-хозяином и его симбионтами имеют решающее значение для выживания коралловых рифов. Без получения генетической информации всего кораллового сообщества понимание молекулярного механизма, лежащего в основе работы коралла-хозяина, невозможно”, – говорит Шинзато. “Комплементарность в синтезе аминокислот между кораллом-хозяином и его симбионтом была предсказана давно, но наше исследование впервые дает представление о взаимодействии кораллов и симбионтов на генетическом уровне”, – добавил Шинзато, подчеркивая значимость этого исследования.

На коралловых рифах, занимающих всего один процент площади всей планеты, обитает почти треть всех описанных морских видов. Однако, несмотря на свое огромное экологическое и экономическое значение, коралловые рифы все чаще сталкиваются с рядом экологических угроз, включая подкисление океана и повышение температуры морской воды. Когда коралловые симбионты покидают своего хозяина в процессе, называемом обесцвечиванием кораллов, взаимные отношения между кораллом-хозяином и его симбионтами нарушаются, что в конечном итоге приводит к гибели всего кораллового сообщества. Понимание симбиотических отношений внутри любого кораллового голобионта углубляет наше понимание молекулярного механизма коралловых симбионтов и их стрессовой реакции. Данное исследование проложит путь к более глубокому пониманию симбиотических отношений между этими организмами и тем самым будет способствовать сохранению коралловых рифов.

Данное исследование было поддержано Междисциплинарной программой совместных исследований Института исследования атмосферы и океана Токийского университета, Фондом Canon и частично KAKENHI (24241071 и 25660172).

Source: reefs.com