Sekwencjonowanie genomu wodorostów pomaga naukowcom odkryć zagadkę ewolucji
Naukowcy, których prace są finansowane ze środków unijnych, przeprowadzili sekwencjonowanie i analizę genomu gatunku brunatnicy zwanej Ectocarpus siliculosus. Odkrycia, opublikowane w czasopiśmie Nature, rzucają nowe światło na ewolucję wielokomórkowców i odkrywają sposób, w jaki wodorosty morskie dostosowały się do życia w surowym, pływowym środowisku. Unia Europejska dofinansowała prace za pośrednictwem projektu MARINE GENOMICS (Wdrażanie wysokowydajnych metodologii genomicznych w celu badania funkcjonowania ekosystemów morskich i biologii organizmów morskich), który otrzymał 10 mln EUR z tematu "Zrównoważony rozwój, zmiany globalne i ekosystemy" Szóstego Programu Ramowego (6PR). Brunatnice interesują naukowców z wielu powodów. Po pierwsze są jednym z zaledwie pięciu grup organizmów, które charakteryzują się złożonymi, wielokomórkowymi formami życia - pozostałe to zwierzęta, rośliny, grzyby i czerwone wodorosty morskie. Po drugie brunatnice wytwarzają w wyniku swojego naturalnego metabolizmu wiele molekuł, którymi interesują się różne branże przemysłowe. Na przykład polisacharydy z brunatnic są już wykorzystywane w przemyśle farmaceutycznym, spożywczym i tekstylnym, a wyniki ostatnich badań ujawniły, że brunatnice wytwarzają molekułę, która pobudza naturalny układ odpornościowy roślin uprawnych. E. siliculosus osiąga długość 20 centymetrów (cm), jest blisko spokrewniona z krasnorostami morskimi i występuje na skalistych wybrzeżach w strefach umiarkowanych na całym świecie. Jej genom składa się 214 milionów par zasad i posiada ponad 16.000 genów. Naukowcy są przekonani, że zwierzęta, rośliny, grzyby, czerwone i brunatne wodorosty morskie rozwinęły swoją wielokomórkowość niezależnie. Mimo to analizy genomu brunatnicy wykazały, że wydaje się ona wykorzystywać wiele z tych samych molekularnych "sztuczek", aby osiągnąć wielokomórkowość, co rośliny i zwierzęta. "U glonów brunatnych odkryliśmy wiele genów tak zwanych kinaz, transporterów i czynników transkrypcyjnych" - zauważa Klaus Valentin z Instytutu im. Alfreda Wegenera w Niemczech, jeden z autorów artykułu. "Tego typu geny powszechnie występują także u roślin lądowych i podejrzewamy, że odgrywają również kluczową rolę w pochodzeniu organizmów wielokomórkowych." Naukowcy chcieli również zbadać, w jaki sposób geny E. siliculosus pomagają roślinie tak dobrze rozwijać się w trudnym środowisku przybrzeżnym. "Płytkie wody obszaru międzypływowego są atrakcyjnym siedliskiem dla morskich, osiadłych, fotosyntetycznych organizmów, zapewniając im zarówno podłoże, jak i dostęp do światła" - napisali naukowcy. "Jednakże linia brzegowa jest również nieprzyjaznym środowiskiem, wymagającym zdolności do radzenia sobie z pływami, które wiążą się ze zmianami intensywności światła, temperatury, zasolenia i siły fal." Zdaniem zespołu "kilka cech charakterystycznych genomu Ectocarpus wskazuje, że glon wykształcił skuteczne mechanizmy przetrwania w tym środowisku". Na przykład wydaje się, że posiada złożony układ fotosyntetyzujący, który umożliwia mu przystosowanie się do znacznych wahań w warunkach świetlnych doświadczanych wraz ze wzrostem i spadkiem pływu. Może pochwalić się również związkami chemicznymi zapewniającymi ochronę przed promieniowaniem ultrafioletowym, a także enzymami, które uodparniają na stresy przybrzeżnego siedliska. "W kontekście zmian klimatu interesujemy się obecnie tym, jak glony brunatne przystosowały się do światła UV i rosnących temperatur" - zauważa dr Valentin. "Ponadto glony brunatne pod względem ewolucyjnym są znacznie starsze od roślin lądowych. Mają wiele właściwości metabolicznych, które zostały zbadane w niewielkim zakresie. Lepsze poznanie cech zamkniętych w ich genach może stać się również podstawą do opracowania nowych produktów i technologii."