logo

Пользовательского поиска

Sunday 23rd of April 2017

Новый взгляд на происхождение многоклеточности

Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 1
ХудшийЛучший 
Актуальные темы - К истокам живого
Автор: Administrator   
19.07.2010 10:47

 

2

 

Volvox carteri. (Фото: David Kirk, Вашингтонский университет, Сент-Луис)

 

 

 

 

 

 

Один из наиболее значимых этапов эволюции – переход от одноклеточных к многоклеточным организмам – возможно, не потребовал такого большого количества новых механизмов, как принято считать. К такому выводу пришли ученые из Института биологических исследований Солка (Salk Institute for Biological Studies) и Объединенного института генома (Joint Genome Institute) Министерства энергетики США.


Сравнение геномов многоклеточной водоросли Volvox carteri и ее ближайшего одноклеточного родственника Chlamydomonas reinhardtii показало, что в большинстве случаев многоклеточные организмы, возможно, могли строить свои более сложные молекулярные механизмы из тех же составных частей, которые уже были доступны их одноклеточным предкам.

3

 

Chlamydomonas reinhardtii

Одноклеточная Chlamydomonas – простейший представитель Volvocales, группы зеленых водорослей, осуществивших переход к многоклеточности в результате серии небольших шагов.

 

 

 

 

 

«Если, рассматривая белки, провести аналогию с лего, то у Chlamydomonas уже есть очень большой набор таких строительных блоков», - говорит доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии растений в Университете Солка доктор философии Джеймс Юмен (James Umen). Поэтому Volvox не было необходимости покупать еще один набор. Вместо этого он мог экспериментировать с тем, что унаследовал от своего предка».

В целом открытия, опубликованные в журнале Science, предполагают, что у Volvox развилось очень небольшое количество усовершенствований, касающихся кодирования белков. «Мы ожидали найти большее количество существенных различий в размере генома, количестве генов или размерах семейств генов между Volvox и Chlamydomonas», - говорит Юмен. «В большинстве случаев эти ожидания не оправлались».

 

4

 

Gonium pectorale

Типичные колонии состоят из 4-16 клеток одного размера, встроенных в желатиновый матрикс или связаных толстыми желатиновыми нитями.

 

 

 

 

 

 

 

Эволюция многоклеточности повторялась неоднократно и шла независимо у животных, растений, грибов, а также зеленых и красных водорослей. «Этот переход – одно из самых значительных эволюционных событий, которые сформировали жизнь на Земле», - говорит соавтор исследования доктор философии Саймон Прочник (Simon E. Prochnik) из Объединенного института генома. «Это вызывает много размышлений и предположений о том, что же делает многоклеточные организмы отличными или более сложными по сравнению с их одноклеточными предками».

В большинстве случаев переход от одноклеточного к колониальному существованию произошел так давно – более 500 миллионов лет назад – что генетические изменения, сделавшие его возможным, очень трудно отследить. Интересным исключением из этого правила являются зеленые водоросли вольвоксы. У них переход к многоклеточности произошел в результате небольших изменений, вероятно адаптивного характера, и последовательное возрастание морфологической сложности до сих пор можно наблюдать у современных видов этой группы.

5

 

Pandorina morum

По мере того, как растет количество клеток, растет и колония, принимая сферическую форму.

 

 

 

Volvox – самый сложный представитель этого рода. Считается, что он произошел от подобного Chlamydomonas предка около 200 миллионов лет назад, сделав, таким образом, эти два живых организма привлекательными моделями для изучения эволюционных изменений, приведших к возникновению многоклеточности и клеточной дифференциации.

Чтобы собрать данные для сравнительного анализа генома, исследователи секвенировали 138 миллионов пар оснований генома Volvox. Сам геном оказался на 17% больше, чем исследованный ранее геном Chlamydomonas, и расхождение между ними сопоставимо с таковыми человека и курицы.

6

 

Eudorina elegans

Каждая колония Eudorina, уже большего размера, состоит из 32 клеток, встроенных в желатиновую оболочку. Каждая клетка имеет жгутик, который позволяет двигаться всей колонии в целом, когда жгутики отдельных клеток работают одновременно.

 

 

 

 

 

Несмотря на незначительное увеличение размера генома, количество предсказанных белков в двух этих организмах оказалось очень близким (14.566 у Volvox против 14.516 у Chlamydomonas), а в белковых доменах или их комбинациях никаких значительных различий обнаружено не было. Белковые домены – части белков, которые развиваются, функционируют и существуют независимо от остальной белковой цепи.

«Это оказалось несколько неожиданным, - объясняет Юмен, - так как ранее считалось, что в эволюции многоклеточности растений и животных усовершенствования на уровне доменов играли определенную роль».

7

 

Pleodorina starrii

У Pleodorina наблюдается частичное разделение труда: одно половина клеток (большая) делится, образуя новые колонии, в то время как другая умирает, когда колония стареет.

 

 

 

В отличие от полного отсутствия усовершенствований доменов, у Volvox по сравнению с Chlamydomonas стали значительно разнообразнее семейства белков, специфичных для Volvox, например, белки экстрацеллюлярного матрикса. Каждая взрослая колония Volvox состоит из множества жгутиковых клеток, подобных клеткам Chlamydomonas, которые строены в поверхность сфероида с тщательно «подогнанным» экстрацеллюлярным матриксом, который явно родственен клеточной стенке Chlamydomonas. Не удивительно, что разница в размере и сложности между экстрацеллюлярным матриксом Volvox и клеточной стенкой Chlamydomonas отражается в резком увеличении количества и разнообразия генов Volvox, кодирующих два главных семейства белков экстрацеллюлярного матрикса – ферофоринов (pherophorin) и VMPs.

8

 

Volvox carteri

Каждая взрослая колония Volvox состоит из 50000 клеток, подобных Chlamydomonas, встроенных в поверхность полой сферы, содержащей экстрацеллюлярный матрикс. Деление клеток ограничивается несколькими репродуктивными клетками гораздо большего размера.

 

 

Кроме того, Юмен и его коллеги обнаружили у Volvox увеличение количества белков циклинов D-типа, регулирующих клеточное деление и, возможно, необходимых для обеспечения его комплексной регуляции в процессе развития Volvox. Последнее, но не менее важное: Volvox адаптировал некоторые из своих генов для выполнения новых функций. Например, белки семейства ферофоринов не только помогают строить экстрацеллюлярный матрикс: некоторые их подтипы эволюционировали в гормональные триггеры половой дифференциации клеток.

 

 

По материалам

Origins of multicellularity: All in the family

 

Оригинальная статья Genomic Analysis of Organismal Complexity in the Multicellular Green Alga Volvox carteri

 

© «Новый взгляд на происхождение многоклеточности». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на страницу К истокам живого.

 

 

Related Articles:
 
OZON.ru

Vinaora Visitors Counter

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterToday426
mod_vvisit_counterYesterday1799
mod_vvisit_counterThis week426
mod_vvisit_counterLast week6441
mod_vvisit_counterThis month23315
mod_vvisit_counterLast month37611
mod_vvisit_counterAll days3724152

We have: 38 guests, 21 bots online
Your IP: 54.158.4.4
 , 
Today: Апр 23, 2017

RSS

Новое на LST

Работает на Joomla!. Valid XHTML and CSS.