Новый вид транспозонов обнаружен у морской цианобактерии

Для морской пикоцианобактерии Prochlorococcus характерен высокий уровень геномной пластичности, однако причины этой особенности оставались неясными, потому что большинство представителей, по всей видимости, неспособны к горизонтальному переносу генов. Авторы нового исследования, опубликованного в Cell, показали, что большой вклад в обеспечение геномной пластичности у прохлорококка и других морских бактерий играют ДНК-транспозоны новой группы, получившие название тихепозоны в честь Тихе — древнегреческой богини удачи и благополучия, дочери Океана.

Ученые обратили внимание на геномные островки — участки бактериальной хромосомы, отличающиеся большой вариабельностью между штаммами и содержащие большое количество «гибких» генов (то есть генов, которые содержатся не во всех геномах одного вида бактерий). Авторы работы проаннотировали геномные островки в 623 геномах прохлорококка. Исследование полученных последовательностей на предмет наличия в них разных типов мобильных генетических элементов сначала не дало результатов. Однако был выявлен островок, последовательность которого была на 99% идентична у прохлорококков из двух разных клад, что указывает на факт горизонтального переноса генов у этих бактерий. Детальный анализ показал, что этот островок является ДНК-транспозоном нового типа, который получил название тихепозон.

В ходе дальнейших исследований было установлено, что тихепозоны являются независимой группой мобильных генетических элементов, которые отличаются от прочих ДНК-транспозонов по ряду признаков. В частности, они содержат характерный набор генов, участвующих в их репликации и перемещении, имеют сайт-специфическую интегразу, ген которой всегда находится на одном из концов тихепозона. Некоторые тихепозоны несут «груз» — гены, способствующие поглощению питательных веществ и защите от фагов. Примечательно, что интегразы разных тихепозонов формируют монофилетическую кладу, хотя интегразы, как правило, легко перемещаются между мобильными генетическими элементами.

Тихепозоны легко перемещаются между геномами и утрачиваются, о чем свидетельствует тот факт, что 62% из выявленных последовательностей тихепозонов являются уникальными и лишь 12% присутствовали по меньшей мере в двух отдаленно родственных геномах. Авторы исследования экспериментально продемонстрировали, что тихепозоны функциональны: тихепозон, содержащий кластер генов ассимиляции нитратов, влияет на азотный обмен несущих его клеток прохлорококков.

Перемещение тихепозонов между клетками происходит в составе вирусных частиц или внеклеточных везикул. В первом случае тихепозоны выступают в роли сателлитов, которые упаковываются в капсиды своего вируса-хозяина благодаря наличию специальных генов упаковки, родственных аналогичным генам у фагов. Перенос тихепозонов в составе внеклеточных везикул также является одной из форм горизонтального переноса генов.

Авторы исследования полагают, что тихепозоны играют важную роль в приспособлении к окружающей среде и повышении разнообразия не только у прохлорококка, но и других морских бактерий.

Эусоциальность у креветок ведет к увеличению генома