Иркутские ученые ведут работы по расшифровке генома байкальских диатомовых водорослей
Ученые Лимнологического института ведут работы по расшифровке генома диатомовой пресноводной водоросли Synedra acus, обитающей в Байкале. Как рассказала доктор биологических наук, заведующая отделом ультраструктуры клетки Лимнологического института СО РАН Елена Лихошвай на публичной лекции «Диатомовые водоросли: жизнь в стеклянных домах», с помощью новой технологии уже расшифрован геном митохондрий и хлоропласта этого организма. Диатомовые водоросли — одноклеточные организмы, которые играют важную роль в биосфере и стоят в основе пищевых цепей в водных экосистемах. Диатомеи имеют пористый панцирь из прозрачного кремнезема, состоящий из двух частей, одна из которых как крышка накрывает другую. Поэтому о них говорят, что они живут в стеклянных домах. Расшифровка генома диатомей чрезвычайно важна: поняв, какие генетические и клеточные механизмы участвуют в процессе морфогенеза кремнистых структур, человек сможет в будущем трансформировать этот процесс в определенном направлении и получать заданные структуры микро- и наномасштаба.
Работу по расшифровке генома Synedra acus удалось развить благодаря тому, что приборная комиссия Сибирского отделения академии наук в 2010 году закупила дорогостоящее оборудование для расшифровки генома – автоматический ДНК-секвенатор нового поколения. Сейчас аналогичные приборы в России имеются не только в лабораториях Москвы и Петербурга, но и Новосибирска и Иркутска. Наши сотрудники прошли несколько стажировок за рубежом. Массив данных, который получается в результате пиросеквенирования, - огромный, для его обработки мы создали группу биоинформатики, пригласив молодых специалистов из других городов - Петербурга и Томска, но этого мало, в этом году объявили конкурс в аспирантуру - приглашаем тех, кто любит много работать и не боится морозов. Сам процесс секвенирования – определения последовательности ДНК - занимает две недели, но анализировать последовательности можно не один год. На основе данных, полученных благодаря использованию нового оборудования, уже подготовлены две кандидатские диссертации. «Первым мы вместе с Центром «Биоинженерия» РАН расшифровали геном митохондрии Synedra acus и опередили зарубежных авторов, сделав сравнительный анализ митохондриальных геномов диатомей. Следующим расшифровали геном хлоропласта, - говорит Елена Лихошвай. - Сейчас при финансовой поддержке Программы Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология» мы анализируем гены, которые участвуют в процессах транспорта и отложения кремния для строительства панцирей диатомовых водорослей». За рубежом эта тематика привлекает многих: ученые стремятся разгадать механизмы, контролирующие морфогенез, а технологи – применить эти знания в создании новых структур и материалов.
Впервые геном одной диатомовой водоросли был расшифровали в 2004 году. Над этим трудились 45 ученых из 24 институтов. Последующие исследования показали, диатомеи содержат в себе «компот» из генов. У диатомовых водорослей есть гены животных, красных и зеленых водорослей и цианобактерий. Эволюционно они сформировались в результате серии эндосимбиозов.
Диатомовые водоросли появились около 240 млн лет назад. Эти удивительные создания обжили практически всю планету, для существования им нужны только свет и слабоминерализованная вода. Диатомеи сформировали огромное количество видов, которое может достигать миллиона. В Байкале тоже живут виды, встречающиеся по всей планете, но есть эндемики. Две трети видов бентосных (донных) диатомей, которых в Байкале около 700 видов, являются эндемиками. Есть эндемики и среди планктонных водорослей, которые развиваются в толще воды.
Панцири диатомовых водорослей сохраняются в донных отложениях, благодаря этому можно наблюдать эволюцию этих организмов на протяжении миллионов лет. Байкальская летопись осадков озера, в том числе и панцирей диатомовых, имеет толщину 8 километров. Это единственная непрерывная континентальная летопись на планете Земля. На основе анализа этих отложений проводится реконструкция климатов прошлого.
Лидия Полоцкая