Oxytricha trifallax

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Oxytricha trifallax
Научная классификация
Домен:
Эукариоты
Клада:
Diaphoretickes
Клада:
Sar
Надтип:
Альвеоляты
Тип:
Инфузории
Подтип:
Intramacronucleata
Класс:
Spirotrichea
Подкласс:
Stichotrichia
Отряд:
Sporadotrichida
Семейство:
Oxytrichidae
Род:
Oxytrichia
Вид:
Oxytricha trifallax
Международное научное название
Oxytricha trifallax

Oxytricha trifallax  (лат.) — вид инфузорий класса Spirotrichea[англ.], наиболее изученный представитель класса. O. trifallax часто используется в молекулярно-биологических исследованиях, и к настоящему моменту геном её макронуклеуса полностью секвенирован[1].

Биологическое описание

Внешние изображения
Боковая гибкость Oxytricha trifallax

В естественных условиях обитает в пресных водоёмах[2].

Морфологически Oxytricha trifallax неотличима от близкого вида, Oxytricha fallax, и, как и все представители рода Oxytricha, обладает боковой гибкостью (англ. lateral flexibility) (см. внешнее изображение)[3]. Клетки имеют эллипсоидную форму, задняя часть закруглена. Дорсальная поверхность клетки выпуклая. Вентральная сторона уплощена и несёт цирры (8 фронтальных, 5 вентральных и 5 трансверзальных). Правые и левые краевые цирры сливаются в единый ряд на заднем конце клетки. В буккальной области хорошо развита система мембранелл[англ.], с правой стороны имеется длинная ундулирующая мембрана. Цитостом располагается на заднем конце буккальной области. Рядом с задним концом буккальной области с левой стороны имеется одна сократительная вакуоль[4].

Особенности генома

Как и у других инфузорий, у O. trifallax имеется два ядра: вегетативное (полиплоидный макронуклеус) и генеративное (диплоидный микронуклеус). Подобно другим инфузориям, O. trifallax способна к конъюгации, в ходе которой клетки обмениваются «половинками» микронуклеусов. Старые макронуклеусы при этом разрушаются, и из микронуклеусов образуются новые макронуклеусы. При благоприятных условиях инфузория размножается делением, а к половому процессу приступает при наступлении неблагоприятных условий. Недавние исследования показали необычные особенности организации геномов микро- и макронуклеусов у O. trifallax[5].

Итак, организации геномов микро- и макронуклеуса у O. trifallax значительно различаются. Геном микронуклеуса (генеративный геном) содержит множество транспозонов и других некодирующих участков (IES англ. internally eliminated sequences), кроме того, его гены значительно перемешаны; из-за этого он находится в нерабочем состоянии и служит только для передачи наследственной информации потомству. Геном макронуклеуса, напротив, содержит почти исключительно кодирующие участки (т. е. гены), и именно он участвует в поддержании жизнедеятельности клетки. Геном микронуклеуса почти в 20 раз превышает по размеру геном макронуклеуса. В 2013 году был полностью расшифрован макронуклеарный геном O. trifallax. Оказалось, что его размер составляет около 50 миллионов пар оснований, а сам он состоит из приблизительно 16 тысяч нанохромосом — хромосом, содержащих всего один ген и теломеры (размер одной нанохромосомы составляет от 500 до 66 тысяч пар нуклеотидов). Впрочем, немногие нанохромосомы содержат несколько генов (до 8). Наличие нанохромосом отличают O. trifallax от других модельных инфузорий (инфузории-туфельки, Paramecium tetraurelia и Tetrahymena thermophila)[5][6].

После конъюгации геном макронуклеуса строится на основе генома микронуклеуса, подвергаясь при этом значительным перестройкам: 95—96 % генома микронуклеуса при образовании генома макронуклеуса удаляется, а оставшиеся «чистые» гены (MDS англ. macronuclear destined sequences), лишённые различных некодирующих элементов, собираются из перемешанного состояния в правильном порядке. Интроны при такой перестройке не удаляются, а входят в состав сохраняемых фрагментов[5][6].

Внешние изображения
Схема сборки нанохромосом у Oxytricha trifallax

Установлено, что такая сборка осуществляется с помощью РНК длиной около 27 нуклеотидов, транскрибированных с генома старого макронуклеуса ещё до конъюгации. В этом отношении O. trifallax отличается от T. thermophila, у которой такие РНК длиной 28—29 нуклеотидов считываются не со старого макронуклеуса, а с микронуклеуса; кроме того, у T. thermophila они 2'-O-метилированы по 3'-концу, а у O. trifallax такая модификация отсутствует[7]. После конъюгации сборка МАК-хромосомы (хромосомы, входящей в состав геном макронуклеуса) путём вырезания из копии МИК-хромосомы (хромосомы, входящей в состав геном микронуклеуса) лишних фрагментов и соединении оставшихся в правильном порядке соответственно с матрицей РНК от родительского макронуклеуса, благодаря чему собираются функциональные гены. Несмотря на то что старый макронуклеус в некоторой степени генетически отличается от нового, эти различия не мешают правильной сборке МАК-хромосомы. После сборки генов к концам новой хромосомы добавляются теломеры, тем самым завершая образование новой МАК-хромосомы. Описанный механизм является универсальным, он необходим для правильной сборки и тех генов, которые в микронуклеусе находятся в неперемешанном виде. Кроме того, показано, что в МАК-хромосому могут переноситься некоторые нуклеотидные замены с РНК-матрицы. Таким образом, у инфузорий имеет место передача наследственной информации с помощью РНК[6].

Реорганизация микронуклеарного генома в макронуклеарный геном у Oxytricha trifallax

После сборки нанохромосомы она подвергается амплификации, в результате которой образуется около 2000 копий каждой нанохромосомы. Кроме того, показано, что при формировании хромосомы фрагменты ДНК могут вырезаться и соединяться по-разному, что приводит к образованию различных изоформ примерно у 10 % нанохромосом (некое подобие альтернативного сплайсинга). Образование изоформ показано именно для тех немногих нанохромосом, которые содержат несколько генов. В некоторы случаях существует связь между количеством копий хромосомы и уровнем её экспрессии, однако эта закономерность, судя по всему, не является правилом. По-видимому, число копий нанохромосомы вообще не регулируется, и при делении они расходятся по дочерним клеткам случайным образом[5].

Несмотря на обилие нанохромосом, каждая из них ограничена двумя теломерами, образуемыми теломеразой, которая у O. trifallax всего одна. Для поддержание такого большого числа теломер у O. trifallax имеются дополнительные белки, они кодируются 9 генами-паралогами[5].

По-видимому, способность вырезать некодирующие участки инфузории приобрели в результате прошедшего нашествия транспозонов. После этого они «одомашнили» транспозазы (ферменты, обеспечивающие вырезание транспозонов) и стали использовать их для удаления транспозонов. В геномах макронуклеусов Tetrahymena и Paramecium имеется копия гена транспозазы класса PiggyBac[англ.], а в геноме микронуклеуса O. trifallax найдено множество копий гена транспозазы класса Tc1/mariner. Ещё две транспозазы участвуют в перестройке генома при образовании макронуклеуса. О важности транспозаз для инфузорий говорит то, что их ингибирование приводит к накоплению высокомолекулярной ДНК и наличию транспозонов в МАК-геноме, чего в норме быть не должно[5].

Примечания

  1. ↑ Thomas G. Doak, Glenn Herrick, Laura F. Landweber, Robert B. Weiss. Sequence of the Oxytricha trifallax macronuclear genome. Архивировано 13 мая 2013 года.
  2. ↑ Hunter Gibbons. Analysis of allelic diversity of Oxytricha trifallax utilizing the 81 gene locus. — Muncie, Indiana: Ball State University, 2014. Архивировано 12 сентября 2014 года.
  3. ↑ Zoller S. D., Hammersmith R. L., Swart E. C., Higgins B. P., Doak T. G., Herrick G., Landweber L. F. Characterization and taxonomic validity of the ciliate Oxytricha trifallax (Class Spirotrichea) based on multiple gene sequences: limitations in identifying genera solely by morphology. (англ.) // Protist. — 2012. — Vol. 163, no. 4. — P. 643—657. — doi:10.1016/j.protis.2011.12.006. — PMID 22325790. [исправить]
  4. ↑ Oxytricha. Дата обращения: 14 января 2016. Архивировано из fallax оригинала 12 мая 2018 года.
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 Swart E. C., Bracht J. R., Magrini V., Minx P., Chen X., Zhou Y., Khurana J. S., Goldman A. D., Nowacki M., Schotanus K., Jung S., Fulton R. S., Ly A., McGrath S., Haub K., Wiggins J. L., Storton D., Matese J. C., Parsons L., Chang W. J., Bowen M. S., Stover N. A., Jones T. A., Eddy S. R., Herrick G. A., Doak T. G., Wilson R. K., Mardis E. R., Landweber L. F. The Oxytricha trifallax macronuclear genome: a complex eukaryotic genome with 16,000 tiny chromosomes. (англ.) // Public Library of Science Biology. — 2013. — Vol. 11, no. 1. — P. e1001473. — doi:10.1371/journal.pbio.1001473. — PMID 23382650. [исправить]
  6. ↑ 1 2 3 Nowacki M., Vijayan V., Zhou Y., Schotanus K., Doak T. G., Landweber L. F. RNA-mediated epigenetic programming of a genome-rearrangement pathway. (англ.) // Nature. — 2008. — Vol. 451, no. 7175. — P. 153—158. — doi:10.1038/nature06452. — PMID 18046331. [исправить]
  7. ↑ Zahler A. M., Neeb Z. T., Lin A., Katzman S. Mating of the stichotrichous ciliate Oxytricha trifallax induces production of a class of 27 nt small RNAs derived from the parental macronucleus. (англ.) // Public Library of Science ONE. — 2012. — Vol. 7, no. 8. — P. e42371. — doi:10.1371/journal.pone.0042371. — PMID 22900016. [исправить]

Ссылки