Ewolucja i funkcja plastydów bezbarwnych glonów z grupy Euglenophyta i Dictyochophyceae

Projekt koncentruje się na ewolucji bezbarwnych plastydów u wolno żyjących glonów. Przede wszystkim chcemy się dowiedzieć jakie są główne funkcje plastydów u bezbarwnych glonów, a co za tym idzie, po co zachowywane są zredukowane plastydy i ich genomy jeżeli nie borą udziału w fotosyntezie.

Badamy bezbarwnych i fotosyntetyzujących przedstawicieli trzech grup jednokomórkowych glonów – Euglenophyta (np. Euglena gracilis), Ochrophyta (np. okrzemki, brunatnice) i zielenic z rodzaju Prototheca. Aby poznać funkcje ich zredukowanych plastydów sekwencjonujemy ich genomy plastydowe i transkryptomy. Uzyskane dane analizujemy wykorzystując narzędzia bioinformatyczne, które umożliwią identyfikację genów w genomach plastydowych oraz białek kierowanych do plastydów na podstawie danych transkryptomicznych, co umożliwia nam rekonstrukcję szlaków metabolicznych zachowanych w szczątkowych plastydach.

Dynamiczna ewolucja genomów plastydowych Euglenophyta i Dictyochophyceae

Nasze badania wykazały, że choć plastydy Dictyochophyceae i Euglenophyta pochodzą z niezależnych endosymbioz wtórnych, to widoczne są pewne podobieństwa w ich późniejszej ewolucji. Przede wszystkim zaskakująca jest ich bardzo dynamiczna ewolucja, zwłaszcza jeśli chodzi o strukturę genomów. Konserwowana czterodzielna struktura obecna była jedynie u niektórych przedstawicieli tych grup, podczas gdy u innych występowały formy pozbawione powtórzeń lub z powtórzeniami, które nie są odwrócone. Genomy plastydowe euglenin ponadto odznaczają się dużą liczbą intronów, co jest raczej rzadkością w genomach organellarnych. Dotychczas poznane genomy plastydowe Dictyochophyceae, poza dużą zmiennością struktury, wykazują szereg innych interesujących cech, jak np. występowanie dodatkowych kopii genów, czy dużych ekspansji regionów niekodujących, obserwowanych w genomie plastydowym D. speculum.

• Han KY, Maciszewski K, Graf L, Yang JH, Andersen AA, Karnkowska A, Yoon HS (2019) Dictyochophyceae plastid genomes reveal unusual variability of their organization. J Phycol, 55: 1166-80.
• Karnkowska A, Bennett MS, Trimer RE (2018) Dynamic evolution of inverted repeats in Euglenophyta plastid genomes. Sci Reports, 8:16071.

Ewolucja chloroplastów u bezbarwnych glonów

Rosnąca liczba odkrywanych linii ewolucyjnych mikroorganizmów eukariotycznych, zwłaszcza wolno żyjących, umożliwiła dużo głębsze zrozumienie procesów związanych z redukcyjną ewolucją organelli endosymbiotycznego pochodzenia. Wykazano, że redukcja organelli jest bardziej powszechna niż dotychczas sądzono. Zredukowane organelle powstały wielokrotnie w toku ewolucji i charakteryzują się z jednej strony daleko posuniętą ewolucję zbieżną, a z drugiej jest między nimi wiele różnic. Wraz ze wzrostem liczby przykładów jasne staje się, że redukcja organelli to proces stopniowy, który w pewnych szczególnych przypadkach może prowadzić do całkowitej utraty plastydów.

• Kayama M, Maciszewski K, Yabuki A, Miyashita H, Karnkowska A, Kamikawa R (2020). Highly reduced plastid genomes of the non-photosynthetic dictyochophyceans Pteridomonas spp. (Ochrophyta, SAR) are retained for tRNA-Glu-based organellar heme biosynthesis. Front Plant Sci, doi: 10.3389/fpls.2020.602455.
• Bakuła Z, Gromadka R, Gawor J, Siedlecki P, Pomorski J, Maciszewski K, Gromadka A, Karnkowska A, Jagielski T (2020) Sequencing and analysis of the complete organellar genomes of Prototheca wickerhamii. Frontiers in Plant Science: doi: 10.3389/fpls.2020.01296
• Maciszewski K, Karnkowska A (2019) Should I stay or should I go? Retention and loss of components in vestigial endosymbiotic organelles. Curr Opin Genet Dev, 58-59: 33-9.

Taksonomia i filogeneza zielenic z rodzaju Prototheca

We współpracy z dr. hab. Tomaszem Jagielskim (Uniwersytet Warszawski),  opracowaliśmy nowy marker molekularny (gen cytb), służący identyfikacji gatunków dla patogennych zielenic z rodzaju Prototheca. Dotychczasowe badania wskazują na zróżnicowany tryb życia Prototheca i patogenność jedynie niektórych gatunków, zatem poprawna identyfikacja gatunkowa może być kluczowa w diagnostyce zakażeń. Podjęliśmy próbę uporządkowania taksonomii w obrębie rodzaju Prototheca, która uwzględnia nie tylko tradycyjnie przypisywane cechy morfologiczne, ale również relacje pokrewieństwa.

• Jagielski T, Bakuła Z, Gawor J, Maciszewski K, Kusber W-H, Dyląg M, Nowakowska J, Gromadka R, Karnkowska A (2019) Prototheca (Trebouxiophyceae, Chlorophyta) revisited: Implications from molecular taxonomic studies. Algal Res, 43: 101639.
• Jagielski T, Gawor J, Bakuła Z, Decewicz P, Maciszewski K, Karnkowska A (2018) cytb as a new genetic marker for differentiation of Prototheca species. J Clin Microbiol, 56(10):e00584-18.

Genomy plastydowe w badaniach występowania glonów

• Lukesova S, Karlicki M, Hadariova L, Szabova J, Karnkowska A, Hampl V (2019). Analyses of SSU rRNAs and two regions of chloroplast genomes revealed unexpected diversity of photosynthetic euglenids in marine environments. Environ Microbiol Rep, 12(1):78-91.

 

Wyniki prezentowane na konferencjach

• Maciszewski K., Karnkowska A. Evolution of colorless plastids in free-living algae: a project overview. 58^th meeting of the Czech Phycological Society, 18-20 września 2017, Ostrawa, Czechy
• Maciszewski K., Karnkowska A. Evolution of the chloroplast genomes of Dictyochophyceae – an algal lineage with secondary plastids. 6^thPolish Evolutionary Conference, 26-28 września 2018, Warszawa, Polska
• Maciszewski K., Karnkowska A. Overview of the first two chloroplast genomes of Dictyochophyceae (Ochrophyta). 48th Jírovec’s Protozoological Days, 30 kwietnia – 4 maja 2018, Kunčice pod Ondřejníkem, Czechy
• Karnkowska A., Maciszewski K., Karlicki M., Bennett M.S., Triemer R.E. Why do we need more algal plastid genomes?. Phycological Society of America and the International Society of Protistologists Conference 2018, 29 lipca – 2 sierpnia 2018, Vancouver, Kanada
• Karnkowska A, Bennett MS, Triemer RE (2018) Dynamic evolution of inverted repeats in Euglenophyta plastid genomes. Meeting of the International Society for Evolutionary Protistology, Drouhsia, Cyprus.
• Maciszewski K., Bokus A., Karnkowska A., Dabbagh N., Preisfeld A., Bennett M.S., Triemer R.E. Missing genomes, unusual structures and other oddities: insights into the evolution of plastid genomes of Euglenophyta. 49th Jirovec’s Protozoological Days; 22- 26 kwietnia 2019, Kostelec nad Cernymi Lesy, Czechy
• Maciszewski K., Karnkowska A. Evolution of plastid genome structure and function in distant eukaryotic lineages . EMBO Young Scientists Forum 2019; 27-28 czerwca 2019, Praga, Czechy
• Maciszewski K., Han K., Graf L., Andersen R.A., Karnkowska A., Yoon H.S. Four genomes, three different structures: a study of plastid genomes of Dictyochophyceae reveals unusual variability in their organization. VIII European Congress of Protistology – ISOP joint meeting; 28 lipca – 2 sierpnia, Rzym, Włochy
• Maciszewski K., Dabbagh N., Bokus A., Bennett M.S., Preisfeld A., Triemer R.E., Karnkowska A. Insights into the evolution of plastids of Euglenophyta. VIII European Congress of Protistology – ISOP joint meeting; 28 lipca – 2 sierpnia, Rzym, Włochy;