Геном зеленых водорослей сформировали гигантские вирусы

Эндогенные вирусные элементы — то есть вирусы, интегрировавшиеся в геном хозяина — широко распространены у эукариот и играют существенную роль в их эволюции. Принято считать, что это небольшие участки генома, произошедшие от ретровирусов. Недавно было обнаружено, что некоторые большие вирусы, содержащую двухцепочечную ДНК, могут также эндогенизироваться.

Ученые из США проанализировали 65 геномов, относящихся к 6 классам зеленых водорослей. Для этого они предсказали в геномах открытые рамки считывания, которые использовали для поиска в базах данных белков. Первая база данных включала белки из коллекции Pfam, встречающиеся только у клеточных организмов и отсутствующие у вирусов. Другая база данных содержала только последовательности, уникальные для вирусов. Результаты поиска, в свою очередь, были использованы для поиска регионов, возможно, произошедших от вирусов, при помощи ViralRecall.

Таким образом исследователи смогли найти в 24 геномах водорослей следы крупных ядерно-цитоплазматических ДНК-содержащих вирусов, они же гигантские вирусы (nucleocytoplasmic large DNA viruses, NCLDV). В эту группу входят самые крупные вирусы среди известных на данный момент. Для NCLDV характерен большой геном (сотни тысяч пар нуклеотидов), причем в нем могут быть закодированы белки, регулирующие метаболизм клетки-хозяина.

Исследователи обнаружили 18 эндогенных вирусных элементов (giant endogenous viral elements, GEVE), которые могут происходить от конкретных индивидуальных вирусов семейств Phycodnaviridae и Mimiviridae. В 12 геномах зеленых водорослей были найдены GEVE, содержащие полные или практически полные наборы генов, характерных для этих семейств. Отдельные гены NCLDV присутствовали во всех 65 геномах. GEVE включали от 76 до 1782 предсказанных генов.

Плотность кодирующих последовательностей в GEVE-регионах гораздо выше, чем в остальном эукариотическом геноме. Соответственно, эти регионы вносят непропорционально большой вклад в общее количество генов — до 10% — и представляют собой неизвестный прежде резервуар огромного генетического разнообразия.

GEVE очень динамичны, в них наблюдаются дупликации, перестройки и делеции. Кроме того, многие вирусные гены приобрели интроны, что свидетельствует об их ассимиляции в эукариотическом геноме. Анализ транскриптома не выявил экспрессии вирусных генов, связанных с вирионом или передачей генетической информации.

Ученые полагают, что такие эндогенные вирусы в основном были приобретены независимо, а не произошли от общего предка. На это указывает низкая идентичность их последовательностей, отсутствие общих интронов и несоответствие филогенетических деревьев GEVE и их хозяев. Ранее считалось, что использование вирусов в качестве материала для изменения собственного генома более характерно для бактерий. Возможно, обнаружение эндогенных вирусов в таком количестве в геномах водорослей может изменить взгляды на способы приобретения новых генов, характерные для эукариот.