ПЦР-тест для водоросли

Бурая водоросль Cladosiphon okamuranus вносит существенный вклад в экономику Японии, однако наращивание производства осложнено ее биологическими особенностями. Японские ученые выявили девять генетических маркеров, по которым можно определить диплоидные заростки, дающие начало съедобным спорофитам.

Credit:
cokemomo | 123rf.com

Бурая водоросль модзуку (Cladosiphon okamuranus) — популярный в Японии суперфуд. Ее и родственный вид ито-модзуку (Nemacystus decipiens) культивируют на Окинавском побережье с 1980-х гг. Ежегодный урожай водорослей составляет около 22,5 килотонн, а вклад в экономику страны — примерно пять миллиардов иен. Японские ученые разработали метод, который позволит нарастить производство ценных водорослей, и рассказали о нем в Phycological Research.

В настоящее время выделяют четыре штамма C. okamuranus (S, K, O, C) и один штамм N. decipiens. (Для обоих видов авторы используют обобщающее название «модзуку».) Модзуку имеют сложный жизненный цикл, в котором образуются и гаплоидные, и диплоидные заростки. Культивирование водорослей обычно начинается в октябре. Сначала диплоидные заростки помещают на специальные сети в резервуарах с водой. Как только начинается рост (обычно в декабре или январе), сети переносят в океан. Через два-четыре месяца собирают зрелые спорофиты. Из мужских и женских гаплоидных заростков съедобные спорофиты не образуются. Проблема в том, что диплоидные заростки сложно отличить от гаплоидных на глаз. Из-за ошибок урожай спорофитов снижается, а потому есть необходимость в более точном методе выявления диплоидных заростков.

Авторы новой работы решили эту проблему идентификацией ДНК-маркеров. Ранее они секвенировали геномы N. decipiens и четырех штаммов C. okamuranus ( в 2016 году опубликована черновая сборка S-штамма, в 2020 году — остальных трех). Теперь они вытащили из геномов C. okamuranus необходимую информацию.

С помощью платформы Illumina ученые секвенировали РНК диплоидного и разнополых гаплоидных заростков (штамм не уточняется). Затем, взяв за основу сборку 2016 года, они определили наборы белок-кодирующих генов, которые экспрессируются и в диплоидных, и гаплоидных заростках; только в диплоидных и мужских гаплоидных заростках; только в диплоидных и женских гаплоидных заростках; только в диплоидных заростках. Ученые предположили, что различать диплоидные и гаплоидные заростки можно с помощью ПЦР, нацелив праймеры на гены с различными профилями экспрессии. Используя в качестве референса хорошо аннотированный геном бурой водоросли Ectocarpus siliculosus, они отобрали девять генов-мишеней. Пять из них (g11150, g11151, g12375, g12376 и g12381) были маркерами гаплоидных мужских заростков, четыре (g13772, g19792, g19793 и g20120) — женских. У диплоидных заростков выявлялись все девять генов. Таким образом, с помощью ПЦР-анализа можно различить не только плоидность, но и пол заростков.

По мнению авторов, результаты работы могут быть полезны и для решения двух других проблем культивирования C. okamuranus. Во-первых, модзуку иногда отваливаются от сетей после помещения в океан. Они созревают и без сетей, но их уносит течением. До сих пор в руках ученых не было инструмента для создания штамма, который держался бы крепче. Во-вторых, модзуку чувствительны к температуре воды. Повышение температуры подавляет их рост. Чтобы вывести толерантную к теплой воде водоросль, можно скрещивать разные штаммы C. okamuranus. Такие работы уже начались, но с водорослями их проводить гораздо труднее, чем с наземными растениями.

С помощью ДНК-маркеров можно определить разнополые гаплоидные заростки и конъюгировать их искусственно, создавая новые варианты водоросли. Это поспособствует масштабированию производства модзуку.

Источник

Koki Nishitsuji, et al. Development of DNA markers that distinguish male and female haploid germlings of the brown alga, Cladosiphon okamuranus. // Phycological Research, First published: 08 June 2022; DOI: 10.1111/pre.12489

Пресс-релиз

Добавить в избранное

Вам будет интересно