Описана новая супергруппа хищных одноклеточных эукариот

Ученые из России, Канады и Франции предложили выделить новую супергруппу эукариот, которая включает хищных протистов и только отдаленно родственна прочим эукариотам. Основу для выделения новой группы заложил морфологический анализ десяти ранее неизвестных видов протистов. Результаты работы опубликованы в Nature.

В последние годы выделение новых групп эукариот производится преимущественно на основании молекулярных данных, в которых многие группы организмов представлены недостаточно из-за своей малочисленности. В частности, по этой причине не попадают во многие молекулярные исследования хищные протисты, и в последние годы все большую роль в их изучении вновь приобретает культивация и изучение морфологии и поведения клеток.

Авторы исследования выращивали в культуре и подвергали морфологическому анализу десять видов хищных простейших, питающихся другими протистами. Их выделили из морской воды в десяти различных геологических локациях. По внешнему виду эти быстроплавающие жгутиконосцы неотличимы. Все они имеют вентральную пищевую борозду, сложно устроенные клеточные покровы, экструзивные (выдвигаемые) органеллы и два гетеродинамических (с различными паттернами биения) жгутика, занимающих два раздельных кармана.

Несмотря на общность морфологии, по пищевой стратегии хищные жгутиконосцы сильно различаются: некоторые, выделенные авторами исследования в группу Nebulida, заглатывают добычу целиком, а для представителей Nibblerida более характерен другой способ: они откусывают от клетки-жертвы отдельные куски за счет смыкания вентральной борозды. При этом жертва может быть больше хищника.

Nibblerida, как оказалось, значительно отличаются от Nebulida и по морфологическим признакам. В частности, их жгутики имеют две продольные складки, которые редко встречаются у эукариот. Представителей обеих групп хищных протистов объединили в группу Provora (от voracious protists — «прожорливые протисты»).

Анализ транскриптомов представителей Provora показал, что эта группа имеет ранг выше царства, а Nibblerida и Nebulida образуют две глубоко разделенные ветви в рамках Provora. Положение Provora относительно других групп эукариот неоднозначно. Реконструкция филогении с помощью метода максимального правдоподобия показала, что Provora нужно объединить с Hemimastigophora, другой группой протистов неясного положения, и что обе группы являются сестринскими по отношению к группам TSAR и Haptista. Дерево, построенное с использованием байесовского вывода, также делает Provora сестринской группой TSAR и Haptista.

Как оказалось, близкие к нибблеридам и небулидам протисты встречаются по всему земному шару в морских и пресных водах, хотя они и немногочисленны. Анализ генного состава членов Provora показал, что они имеют довольно много генов и не проходили этапа массовой потери генов в ходе своей эволюции.

Функциональная аннотация генов Provora в целом согласуется с их хищным образом жизни. Геномы Provora содержат много генов, связанных с кальциевым сигналингом, а также генов, кодирующих рецепторы инозитолтрифосфата, которые, вероятно, необходимы для координации клеточного поведения. У Provora найдены гены белков, несущие домены семейства MACPF — к этому семейству относятся, в частности, порообразующие цитолитические белки, функционирующие в составе иммунной системы у растений и животных.

Митохондриальные геномы Provora также оказались весьма богаты генами. Интересно, что у некоторых Provora в митохондриальных геномах закодированы две системы созревания цитохрома с — типа I, которая имеется у большинства эукариот, и типа III, в ходе эволюции вытесненная системой типа I. Авторы подчеркивают, что две линии внутри Provora, Nibblerida и Nebulida, разделены большим эволюционным расстоянием, как показало сравнение их транскриптомов и митохондриальных геномов.

На вопросы PCR.NEWS ответил один из первых авторов статьи Денис Тихоненков, доктор биологических наук, главный научный сотрудник лаборатории микробиологии Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН.

В статье фигурируют только транскриптомные данные и митохондриальные геномы. А что насчет ядерных геномов, почему их последовательности не были включены в исследование?

Полные ядерные геномы просто пока не были секвенированы. Это отдельный большой проект, который мы намерены реализовать в будущем. В данном проекте основной задачей было определение филогеномной позиции изучаемых протистов, а также получение предварительных данных об основных элементах метаболизма клеток, так сказать, с высоты птичьего полета. Для этой цели достаточно транскриптомных данных. Тотальная геномная ДНК также секвенировалась нами (и из этих данных были собраны митохондриальные геномы), но покрытие изначально было недостаточным, чтобы собрать полные ядерные геномы изучаемых эукариот.

Можно ли сейчас сказать что-то про вероятные функции белков семейства MACPF у Provora, возможно, на основании гомологии последовательностей с белками MACPF других организмов, для которых известны функции?

Да, у исследованных протистов выявлено семейство мембраноатакующего комплекса и перфорина, известных преимущественно как порообразующие цитолитические белки, которые функционируют в иммунных системах животных и растений. У нибблерид эти белки могут быть вовлечены в процессы образования пор на клетках жертвы, и эти поры помогают хищнику, у которого имеются специальные зубцы, откусить часть клетки жертвы. Пока это предположение, его предстоит проверить экспериментально.

Новые таксоны архей Asgard и их связь с эукариотами