寒さに適応した藻類の進化ゲノミクス Fragilariopsis cylindrus

Thomas Mock ¹, Robert P Otillar ², Jan Strauss ¹

¹School of Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich Research Park, Norwich NR4 7TJ, UK.
²Department of Energy Joint Genome Institute, 2800 Mitchell Drive, Walnut Creek, California 94598, USA.
³Earlham Institute, Norwich Research Park, Norwich NR4 7UH, UK.
⁴HudsonAlpha Institute for Biotechnology, 601 Genome Way, Huntsville, Alabama 35801, USA.
⁵Biology and Evolution of Marine Organisms, Computational Genomics, Stazione Zoologica Anton Dohrn, Villa Comunale, 80121 Naples, Italy.
⁶School of Computing Sciences, University of East Anglia, Norwich Research Park, Norwich NR4 7TJ, UK.
⁷Microbial and Environmental Genomics, J. Craig Venter Institute, La Jolla, California 92037, USA.
⁸Integrative Oceanography Division, Scripps Institution of Oceanography, UC San Diego, La Jolla, California 92037, USA.
⁹Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- and Meeresforschung, Am Handelshafen 12, 27570 Bremerhaven, Germany.
¹⁰Hochschule Bremerhaven, An der Karlsburg 8, 27568 Bremerhaven, Germany.
¹¹URGI, INRA, Université Paris-Saclay, 78026 Versailles, France.
¹²Ecole Normale Supérieure, PSL Research University, Institut de Biologie de l'Ecole Normale Supérieure (IBENS), CNRS UMR 8197, INSERM U1024, 46 rue d'Ulm, F-75005 Paris, France.
¹³Sorbonne Universités, UPMC, Institut de Biologie Paris-Seine, CNRS, Laboratoire de Biologie Computationnelle et Quantitative UMR 7238, 75006 Paris, France.
¹⁴Integrative Marine Ecology, Stazione Zoologica Anton Dohrn, Villa Comunale, 80121 Naples, Italy.
¹⁵Institute for Biochemistry I, Medical Faculty, University of Cologne, Joseph-Stelzmann-Straße, 52 D-50931 Köln, Germany.
¹⁶Leibniz Institute of Freshwater, Ecology and Inland Fisheries, IGB, Müggelseedamm 301, D-12587 Berlin, Germany.
¹⁷Fachbereich Biologie, Universität Konstanz, 78457 Konstanz, Germany.
¹⁸Division of Nephrology, Department of Medicine, Medical University of South Carolina, Charleston, South Carolina 29425, USA.
¹⁹University of Duisburg-Essen, Faculty of Biology, Aquatic Ecosystem Research Universitaetsstrasse 5, 45141 Essen, Germany.
²⁰Marine Biomedicine and Environmental Sciences Center, Medical University of South Carolina, Charleston, South Carolina 29412, USA.
²¹Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz Institut für Biodiversität der Tiere, Adenauerallee 160, 53113 Bonn, Germany.
²²School of Oceanography, Center for Environmental Genomics, University of Washington, Box 357940, Seattle, Washington 98195, USA.
²³School of Life Sciences, University of Nevada, Las Vegas, Nevada 89154, USA.
²⁴Monterey Bay Aquarium Research Institute, 7700 Sandholdt Road, Moss Landing, California 95039, USA.
²⁵Department of Botany, University of British Columbia, 3529-6270 University Boulevard, Vancouver, British Columbia V6T 1Z4, Canada.
²⁶Department of Plant and Microbial Biology, University of California, Berkeley, California 94720, USA.

⁰School of Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich Research Park, Norwich NR4 7TJ, UK.

南洋の藻類であるFragilariopsis cylindrusは重要なゲノム差異を示している. この独特な遺伝的変異は南極の極端で変動する環境への適応を説明するかもしれません

科学分野

海洋生物学
ゲノミクス
エコロジー

背景

南洋は重要な海洋生態系であり,主産物はダイアトムで支配されています.
低鉄分,変動する光,海氷の広がりによってダイアトムの光合成は制限されます
この極端な条件へのダイアトムの適応のメカニズムはほとんど未知のままです

研究の目的

寒さに適応した藻類のゲノム進化を調査する
F.シリンダスのゲノムと温帯藻類を比較し,適応特性を特定する.
南洋の生物の生存に遺伝子の違いがどう影響するかを理解するためです

主な方法

Fragilariopsis cylindrusの全ゲノムシーケンシングと比較ゲノミクスについて
異なったアレルを持つ遺伝子の分析
様々な環境ストレス (暗闇,低鉄分,凍結,高温,CO2増加) の下で遺伝子発現の差分分析

主要な成果

F.シリンダスのゲノムの約24.7%は高度に異なった遺伝子ロシ (15.1 Mb) を含む.
これらの異なるアレルは環境変化に反応し,条件依存的な発現を示します.
最も強い条件依存表現は,多様化選択を示す非同義語対同義語核酸置換の高い割合と相関する.

結論

Fragilariopsis cylindrusは,強力な選択圧力によって形成された,重要なアレル分岐を持つゲノムを持っています.
ダイアトムのダイナミックな南洋環境への適応には異なるアレルは重要な役割を果たします
この遺伝的可塑性により季節と環境の極端な変動にも関わらず藻が繁栄できます

寒さに適応した藻類の進化ゲノミクス Fragilariopsis cylindrus

まとめ

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背景

研究の目的

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