Прочитаний найменший геном • Олександр Марков • Новини науки на "Елементи" • Генетика, Біологія

Прочитаний найменший геном

Листоблошки виявилися власниками дивовижних симбіонтів – бактерій з найменшим у світі геномом (фото з сайту hortipm.tamu.edu)

Бактерія Carsonella, внутрішньоклітинний симбіонт комах листоблошек, знайшла номер найменшого генома серед усіх живих організмів, не рахуючи вірусів. Її геном містить всього 159 662 пари основ, що втричі менше за попередній «рекорду» для самостійних організмів і порівняти з геномом клітинних органел – мітохондрій. Карсонелла зберегла лише 182 гена, що кодують білки. Значна частина цих генів відповідає за синтез амінокислот, необхідних комасі-господаря.

Група японських і американських дослідників повідомила в останньому номері журналу Science про прочитання самого маленького в світі генома. Рекордсменом по генетичної деградації виявилася бактерія Carsonella, Що мешкає в клітинах листоблошек (Psyllidae) – дрібних, схожих на попелиць комах, що харчуються виключно соком рослин. Як і інші комахи (наприклад, попелиці та клопи), які дотримуються цієї більш ніж скромної дієти листоблошки обзавелися бактеріальними помічниками, які синтезують для них необхідні речовини, відсутні в рослинному соку, в першу чергу – амінокислоти.Або, можливо, правильніше буде сказати, що вдалий симбіоз виявився вирішальним фактором, який дозволив листоблошки (та іншим комахам) перейти на харчування чистим рослинним соком. Карсонелла відноситься до групи гамма-протеобактерий, як і більшість інших внутрішньоклітинних симбіонтів комах. Мабуть, предками всіх цих симбіонтів були кишкові бактерії (див. Клопи годують своє потомство корисними бактеріями, "Елементи", 13.10.2006).

Як і у інших внутрішньоклітинних симбіонтів, у карсонелли спостерігаються три характерні ознаки генетичної деградації: 1) скорочення генома в результаті втрати майже всіх некодуючих ділянок ДНК і значної частини генів, 2) різке переважання в ДНК нуклеотидів А і Т і, відповідно, низький вміст Г і Ц, 3) швидка молекулярна еволюція, тобто підвищений темп зміни ДНК в ряду поколінь.

По першому і другому пункту карсонелла побила всі колишні рекорди (див. Рис.). Її геном втричі менше, ніж у архебактерии Nanoarchaeum equitans, Яка живе в гідротермальних джерелах і паразитує на іншій архебактерии – Ignicoccus – і одним із різновидів бактерії Buchnera, Внутрішньоклітинного симбіонти попелиць.У цих двох прокаріотів розмір генома становить 450-490 тисяч пар основ (т.п.о.), і раніше саме вони вважалися рекордсменами генетичного спрощення. Карсонелла з її 160 т.п.о. залишає конкурентів далеко позаду.

Розмір геному і процентний вміст Г + Ц в 358 прочитаних геномах прокаріотів. Сині точки – внутрішньоклітинні симбіонти комах бактерії Buchnera, Blochmannia, Wigglesworthia і Baumannia (В деяких випадках прочитані геноми декількох штамів одного і того ж виду бактерії), жовті – інші бактерії, зелені – археї. Справа внизу – бактеріоціт листоблошки Pachypsylla venusta, Наповнений бактеріями Carsonella (Звивисті структури). Мал. зі статті в Science

Цей випадок показує, що геном внутрішньоклітинних симбіонтів може, мабуть, спрощуватися майже до повного зникнення – як це сталося з мітохондріями, які теж колись були симбиотическими бактеріями. Мітохондріальний геном за розміром можна порівняти з геномом карсонелли. Типові розміри мітохондріальних геномів: 40-100 т.п.о. у нижчих еукаріот, 200-400 т.п.о у рослин, 15-20 т.п.о. у тварин.

Само собою зрозуміло, що карсонелла не може жити поза клітинами господаря і передається тільки вертикально – від матері до її дітям (як і мітохондрії).Автори відзначають, що збереглися у карсонелли генів явно недостатньо для підтримки її життя навіть з урахуванням того, що вона може користуватися всіма благами внутрішньоклітинного існування. Очевидно, що спеціалізовані господарські клітини – бактеріоціти – цілком цілеспрямовано підтримують життя симбіонтів. Автори навіть допускають, що багато генів, втрачені предками карсонелли, були перенесені в геном господаря, де вони продовжують функціонувати, забезпечуючи бактерію необхідними речовинами ззовні. Саме це сталося колись з генами предків мітохондрій.

джерело: Atsushi Nakabachi, Atsushi Yamashita, Hidehiro Toh, Hajime Ishikawa, Helen E. Dunbar, Nancy A. Moran, Masahira Hattori. The 160-Kilobase Genome of the Bacterial Endosymbiont Carsonella // Science. 2006. V. 314. P. 267.

Див. також:
Клопи годують своє потомство корисними бактеріями, "Елементи", 13.10.2006.

Олександр Марков


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: