Специалисты Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) выявили закономерности в работе генов у динофлагеллят – микроскопических организмов, обитающих в прибрежных экосистемах и часто являющихся причиной образования токсичных «красных приливов». Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Scientific Reports. Полученные сведения помогут значительно расширить знания о жизненном цикле динофлагеллят, в том числе о механизмах, влияющих на формирование «цветений» в разных водоемах.
Динофлагелляты представляют собой группу одноклеточных организмов (протистов), обитающих в водных средах, преимущественно в морях. Наибольшую известность они получили благодаря способности формировать «цветения» в прибрежных водах («красные приливы»), возникающие вследствие резкого увеличения их популяции, а также из-за синтеза токсичных веществ в клетках.
«Регулярные «цветения» наблюдаются во всем мире в прибрежных зонах акваторий, представляющих социальную значимость. В России в последние годы они были зафиксированы у берегов Приморья, Камчатки и Сахалина, а также происходят в Черном и Азовском морях. Частота этих явлений может быть обусловлена глобальными изменениями климата, ростом уровня загрязнения и увеличением поступления питательных веществ (в частности, фосфор является одним из субстратов, необходимых для развития динофлагеллят) в водоемы, что способствует развитию массового размножения водных организмов и представляет опасность как для водных экосистем, так и для здоровья людей. Для прогнозирования возникновения подобных явлений важно исследовать особенности жизненных циклов микроорганизмов, являющихся источниками токсинов.
«Динофлагелляты характеризуются сложными жизненными циклами, включающими смену различных стадий и способов размножения. Эти трансформации могут влиять на формирование и прогрессирование цветений. Однако механизмы, регулирующие жизненные циклы динофлагеллят, в частности на молекулярном уровне, изучены пока недостаточно. В ходе нашего исследования мы проанализировали особенности экспрессии генов в клетках динофлагеллят вида Prorocentrum cordatum, выращенных в среде с дефицитом неорганических источников фосфора», — поясняет старший научный сотрудник Лаборатории цитологии одноклеточных организмов ИНЦ РАН Мария Бердиева.
В процессе проведения исследований сотрудники ИНЦ РАН начали с лабораторных экспериментов показали, в условиях недостатка фосфора в окружающей среде, приблизительно через две недели у динофлагеллят наблюдалось значительное увеличение числа клеток с удвоенным количеством ядерной ДНК, что, вероятно, свидетельствует о переходе к половому размножению.
Для углубленного изучения этого процесса на молекулярном уровне исследователи провели секвенирование молекул РНК из клеток динофлагеллят, культивируемых в аналогичных условиях на протяжении двух недель. Полученные данные продемонстрировали, что в клетках при дефиците фосфора наблюдается значительное изменение экспрессии 196 генов: у 169 генов экспрессия возрастает, у 27 – уменьшается. Ученым Института проблем экологии и эволюции им. А.В. Шляпкина РАН впервые удалось выявить изменения экспрессии генов, кодирующих белки, участвующие в мейотическом делении.
«Накопленные данные подтверждают, что недостаток фосфора может спровоцировать переход в половую фазу жизненного цикла у P. cordatum. Полученные результаты помогают нам более точно понять процессы, протекающие в природных средах обитания динофлагеллят. Так, в определенных ситуациях во время цветения водорослей наблюдались изменения концентрации фосфатов. Наши данные расширяют знания о возможных сценариях жизненного цикла и, как следствие, развитии цветений динофлагеллят в аналогичных условиях», — отмечает Мария Бердиева.
Исследование поддержано грантом РНФ (№ 22-74-10097).
Сообщение поступило из пресс-службы Института цитологии Российской академии наук