Геномы планктона, используемые в качестве глобальных биосенсоров стресса экосистемы океана

Геномы планктона, используемые в качестве глобальных биосенсоров стресса экосистемы океана

Проанализировав прирост и потерю генов в образцах фитопланктона, собранных во всех основных регионах океана, исследователи из Калифорнийского университета в Ирвине создали самую тонкую карту с высоким разрешением, чтобы показать, где эти фотосинтезирующие организмы либо процветают, либо вынуждены адаптироваться. к ограниченному количеству основных питательных веществ, азота, фосфора и железа.

В рамках новой инициативы Bio-GO-SHIP ученые UCI выполнили восемь запусков на шести различных исследовательских судах, проведя 228 дней в море в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах. Они сгенерировали около 1000 океанских метагеномов из 930 точек по всему миру, при этом среднее расстояние между точками сбора составляет 26,5 км (около 16,5 миль).


В исследовании, опубликованном сегодня в Наука, исследователи UCI объясняют, как они использовали огромное количество информации, заложенной в микробных генах – в частности, от видов фитопланктона Prochlorococcus – в качестве биосенсора здоровья и продуктивности океана. Океанографы, работающие в этой области, очень заинтересованы в понимании того, как эти организмы адаптируются к «стрессу, связанному с питательными веществами», то есть к борьбе за поиск или использование веществ, необходимых им для роста и воспроизводства.

«Фитопланктон лежит в основе морской пищевой сети, и он отвечает за половину глобальной фиксации углекислого газа на постоянной основе, поэтому здоровье и распространение этих организмов очень важны», – сказал старший соавтор Адам Мартини. UCI профессор наук о Земле. «Знания, полученные во время этих путешествий, помогут климатологам сделать более обоснованные прогнозы о роли фитопланктона в регулировании запасов углерода в атмосфере и океане».

Поскольку микробный фитопланктон живет в больших популяциях и имеет быстрые жизненные циклы, исследователи предполагают, что изменения в составе сообществ и геномном содержании могут обеспечить раннее предупреждение о преобразованиях окружающей среды и сделать это намного быстрее, чем при простом анализе физики и химии океана.

«Ограничение содержания азота, фосфора и железа во многих поверхностных регионах океана практически невозможно обнаружить с помощью химического анализа проб воды; количества этих элементов слишком низки», – сказал ведущий автор Лукас Аттик, аспирант Калифорнийского университета в области экологии и эволюционной биологии. . «Но количественная оценка сдвигов в генах Prochlorococcus, участвующих в усвоении основных питательных веществ и их комбинаций, дает надежный индикатор географии стресса, связанного с питательными веществами».

Авторы отметили, что все геномы Prochlorococcus включают определенный ген, который позволяет фитопланктону напрямую ассимилировать неорганический фосфат, свободно доступный в морской воде. Но когда этого соединения не хватает, фитопланктон адаптируется, приобретая ген, который позволяет клеткам поглощать растворенный органический фосфор, который можно обнаружить в их геноме.

Исследователи также изучили множество других примеров генетической адаптации к разным уровням фосфора, железа и азота в окружающей среде, чтобы увидеть, какие компромиссы постоянно совершает фитопланктон. В результате получилась глобальная карта стресса, связанного с питательными веществами. Исследователи также смогли определить регионы, в которых фитопланктон испытывает совместный стресс с участием двух или более элементов, одним из которых почти всегда является азот.

Работа команды показала, что северная часть Атлантического океана, Средиземное море и Красное море являются регионами повышенного фосфорного стресса. Генотипы, адаптированные к азотному стрессу, широко распространены в так называемых олиготрофных регионах, где питательных веществ мало, а кислорода много, а результаты исследований показывают широкую адаптацию к железному стрессу.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments