Ta strona wykorzystuje ciasteczka ("cookies") w celu zapewnienia maksymalnej wygody w korzystaniu z naszego serwisu. Czy wyrażasz na to zgodę?

Czytaj więcej

Ewolucja i funkcja odwróconych powtórzeń (IR) w genomach plastydowych Euglenophyta

Plastydy to organella komórkowe obecne u roślin, ale także u licznych, często daleko spokrewnionych ze sobą grup glonów. Organella te powstały na drodze endosymbiozy z cyjanobakteriami i umożliwiły komórkom eukariotycznym prowadzenie procesu fotosyntezy. Plastydy posiadają własny materiał genetyczny, który zazwyczaj uorganizowany jest w pojedynczą, kolistą cząsteczkę DNA. Pomimo ich szerokiego rozprzestrzenienia na znacznej części drzewa życia i, w konsekwencji, wśród rozmaitych gospodarzy o różnej historii ewolucyjnej, większość genomów plastydowych charakteryzuje się względnie wysokim stopniem konserwacji zawartości genów oraz struktury. Podczas gdy geny kodujące białka zazwyczaj występują w genomach plastydowych w pojedynczych kopiach, operon rybosomalny, złożony z dwóch genów kodujących małą (16S) i dużą (23S) podjednostkę rybosomu, przeważnie występuje w dwóch kopiach o przeciwnej orientacji. Fragmenty genomu plastydowego zawierające ten operon, a także dwa lub więcej genów tRNA, a w niektórych przypadkach również geny kodujące białka, nazywane są odwróconymi powtórzeniami (ang. inverted repeats, IR). Powtórzenia te dzielą pozostałą część genomu plastydowego na mały (ang. small single-copy SSC) oraz duży region jednokopijny (ang. large single-copy, LSC), tworząc układ nazywany strukturą czterodzielną.

Pomimo rosnącej dostępności technologii sekwencjonowania genomów oraz wzrostu zainteresowania dziedziną genomiki, wiele problemów dotyczących genomów plastydowych, ich działania oraz ewolucji, wciąż pozostaje nierozwiązanych. Wśród głównych wyzwań w badaniach genomów plastydowych znajdują się wyjaśnienie utrzymywania czterodzielnej struktury genomu w przeważającej większości plastydów oraz charakterystyka zawartości pierwotnych genomów plastydowych dla grup posiadających plastydy. Do pierwszego z powyższych problemów istnieją odniesienia w najnowszej literaturze: aktualna hipoteza głosi, że odwrócone powtórzenia pełnią rolę w naprawie mutacji, co wspiera obserwacja, że tempo mutacji jest niższe w genach zlokalizowanych w IR niż w genach jednokopijnych. Dotychczas nie zbadano jednak, czy tę samą regularność można zaobserwować w nietypowych wariantach powtórzeń zawierających geny rybosomalne, takich jak powtórzenia tandemowe, gdzie operon rybosomalny obecny jest w następujących bezpośrednio po sobie kopiach o jednakowej orientacji. To zagadnienie, wraz z drugim ze wspomnianych problemów, ma zostać poruszone w przedstawionym projekcie.

Celami przedstawionego projektu są zbadanie roli tandemowych powtórzeń w naprawie mutacji, wyjaśnienie możliwej drogi powstawania nietypowych struktur genomów plastydowych, oraz rekonstrukcja struktury pierwotnego genomu plastydowego euglenin. Aby zrealizować powyższe cele, konieczne jest uzyskanie kompletnych sekwencji genomów plastydowych z wybranego zbioru szczepów euglenin, co będzie wymagało wykorzystania technik sekwencjonowania DNA nowej generacji, a także zestawu nowoczesnych narzędzi analitycznych, które skutecznie umożliwią złożenie i adnotację tak nietypowych genomów oraz, na dalszych etapach pracy, dokładne porównanie tempa ewolucji badanych genów i rekonstrukcję stanów ancestralnych.

Jako grupę modelową dla badań ewolucji genomów plastydowych wybraliśmy eugleniny (Euglenophyta) – grupę jednokomórkowych, uwicionych glonów, które uzyskały plastyd na drodze wtórnej endosymbiozy z komórką zielenicy. Główny powód powyższego wyboru stanowi fakt, że jest to dobrze opróbkowana i intensywnie badana linia ewolucyjna, co zapewnia wysoką dostępność danych referencyjnych. Jesteśmy przekonani, że wyniki prezentowanego projektu pozwolą lepiej zrozumieć funkcjonowanie genomów plastydowych oraz ich ewolucję, co umożliwi dalsze badania w tej dziedzinie z wykorzystaniem innych organizmów modelowych i będzie stanowić istotny wkład w sformułowanie uniwersalnego modelu ewolucji genomów organellarnych.