«Он поглотил целые геномы других растений и водорослей, а также сохранил их в удивительно цельных формах в течение эонов», — сказал Палмер из Индианы, старший автор результатов, опубликованных 20 декабря в журнале Science.В этой работе сообщается о степени геномного обжорства Амбореллы.
Программа DOE JGI Plant Program фокусируется на фундаментальной биологии фотосинтеза, преобразовании солнечной энергии в химическую, а также на роли наземных растений и океанического фитопланктона в глобальном круговороте углерода. Создание моделей, подобных той, которая цитируется в этой опубликованной работе, обеспечивает улучшенную основу для дальнейшей детализации происхождения и механизмов митохондриального слияния и переноса генов между эукариотами — растениями, грибами, водорослями. Передача генов через ранение, как описано в статье, применима не только к тем растениям, которые живут в гармонии с Amborella, но и к паразитам.
В более широком смысле, группа паразитов растений, истощающих ресурсы амбореллы, является представителями самой большой группы паразитов, поражающих цветковые растения во всем мире. Еще один акцент в Программе по растениям — понять здоровый рост потенциальных «биотопливных культур» и угрозы, которые представляют вредители растений. DOE JGI и его сотрудники создают сборник наборов данных аннотаций генов, которые становятся известны благодаря его сотрудничеству, доступны через Phytozome и депонированы в Базу знаний по системной биологии (KBase) DOE.
Секвенирование всего митохондриального генома, начатое в рамках Программы секвенирования сообщества DOE JGI, было усилием, которое заняло восемь лет. Чтобы собрать образцы для изучения, исследователям пришлось проделать долгий путь к единственному месту, где растет растение: Гранд-Терре, главному острову Новой Каледонии, небольшому государству в 750 милях от восточного побережья Австралии.
Первые попытки исследователей секвенировать эту ДНК оказались не такими продуктивными, как они надеялись. Хотя они смогли секвенировать гены, методы, которые им пришлось использовать для амплификации ДНК, не позволяли им уверенно сконструировать сборку всего генома. «Это означало вернуться к чертежной доске и произвести вторую независимую черновую сборку генома», — сказал Палмер.
Дэнни Райс из Индианы, первый автор статьи, затем объединил две сборки в единую полную сборку генома.
«Короче говоря, получение полной сборки митохондриального генома Amborella потребовало лет и усилий нескольких человек», — сказал Палмер. "Но это того стоило, потому что геном настолько необычен, удивителен и полон сюрпризов и механистических идей.«Полная последовательность была также необходима, чтобы исключить возможность того, что какая-либо чужеродная ДНК была результатом загрязнения или была интегрирована в ядро, а не в митохондрию, — сказал Палмер. ДНК, которую митохондрии Amborella поглотили и сохранили за счет горизонтального переноса генов, составляет не менее одного миллиона пар оснований, а ее митохондриальный геном теперь увеличился до огромных размеров в 3 раза.9 миллионов пар оснований по сравнению с типичными размерами митохондриальных геномов растений около 500000.
Митохондрии животных давно практически остановили этот процесс переноса генов. Исследование предоставляет убедительные доказательства гипотезы о том, что митохондрии растений могут приобретать новые свойства, сливаясь с митохондриями других видов. У Amborella митохондрии имеют широкие возможности для контакта с митохондриями других растений, например эпифитов, растений, которые растут на других растениях.
При травме Amborella часто производит быстрый рост в этих местах, виртуальную чашку Петри, в которой митохондрии разных видов вступают в прямой контакт друг с другом. Это, в сочетании с низкой скоростью потери митохондриальных генов с течением времени, привело к огромному перенасыщению митохондриальной ДНК Amborella.
Палмер привел несколько мотивирующих факторов для исследования геномных внутренностей митохондрий Амбореллы. "Несмотря на то, что они содержат относительно небольшое количество генов, митохондриальные геномы растений непропорционально важны с точки зрения основного метаболизма. Это потому, что они кодируют большинство ключевых белков, участвующих в дыхании.Он также указал на дефекты митохондриальных генов растений, которые могут вызывать цитоплазматическую мужскую стерильность — когда растения не могут производить функциональную пыльцу — критически важный агрономический признак для производства гибридных семян.
Он сказал, что результаты исследований митохондриального генома растений также могут быть экстраполированы на другие митохондриальные геномы, чтобы пролить свет, например, на механизмы клеточного старения.
