Цианобактерии переключают активность генов между днём и ночью

Учёные из Морской биологической лаборатории (MBL) обнаружили, что многоклеточные цианобактерии (сине-зелёные водоросли) по-разному ведут себя в зависимости от времени суток в естественной среде, в отличие от лабораторных условий с постоянным освещением.

Нитевидные цианобактерии вида Nostoc punctiforme. Автор: Блэр Пол

Исследование, опубликованное в журнале mBio, показало, что в дневное время клетки цианобактерии Nostoc punctiforme сосредоточены на метаболизме, координируя фотосинтез и усвоение углерода для деления клеток. Ночью же они переключаются на восстановление генома и активируют различные генетические элементы.

«Это эталонное исследование показывает, что лабораторные культуры в стабильных условиях могут не проявлять той же генетической динамики, что и в дикой природе», — отметил старший автор исследования Блэр Пол.

Учёные также обнаружили, что особые гены, называемые ретроэлементами, генерирующими разнообразие, активны в течение всего суточного цикла и позволяют осуществлять быстрые мутации в определённых участках генома. Кроме того, было неожиданно выявлено, что мобильные генетические элементы (транспозоны), переносимые вирусами-бактериофагами, активны именно в ночное время.

Дикие нитевидные цианобактерии, похожие на лабораторные культуры Nostoc punctiforme. Автор: Александра Меррилл

Многоклеточные цианобактерии широко распространены в наземных и морских экосистемах и являются «жизненно важной основой» для многих из них. При этом некоторые их родственники образуют вредоносные цветения воды, производящие токсины. Геномы многоклеточных цианобактерий значительно больше, чем у одноклеточных — около 8 миллионов «букв» против 3 миллионов, что объясняет обнаружение как известных, так и совершенно новых генов, связанных с суточными ритмами.

Понимание естественного поведения этих микроорганизмов важно, поскольку их влияние на экосистемы может быть огромным, затрагивая химию и биологию крупных биомов, включая мировой океан.