Если вы когда-нибудь обедали на тропическом острове Окинава в Японии, ваша тарелка могла быть украшена замечательной горкой морских водорослей, каждая прядь которой украшена крошечными зелеными пузырьками. Соленая закуска, известная как уми-будо или морской виноград, хорошо сочетается с рисом, сашими и высоким стаканом пива. Но уми-будо - это больше, чем культовый гарнир; это основная культура для окинавских фермеров. Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) недавно расшифровали геном морского винограда, чтобы узнать об уникальной морфологии растения и помочь фермерам в правильном выращивании сочных морских водорослей.
"Многие фермеры сталкиваются с проблемами плохого роста морского винограда. Сегодня они не знают, почему возникают такие проблемы", - говорит д-р Асука Аримото, первый автор исследования и научный сотрудник отдела морской геномики OIST., под руководством профессора Нориюки Сато. «Наши геномные данные могут показать им, какие гены вызывают такие проблемы». По словам Аримото, имея каталог всех генов, контролирующих рост морского винограда, исследователи могут помочь фермерам диагностировать дефектные растения, когда они появятся. Исследование может также помочь обуздать распространение близкородственных зеленых водорослей, которые наносят вред окружающей среде, вытесняя местные виды растений в Средиземном море и Пан-Тихоокеанском регионе.
В исследовании, опубликованном 28 февраля 2019 года в журнале DNA Research, использовались образцы морского винограда из рыболовного кооператива Onna Village, теплицы которого расположены прямо за углом от кампуса OIST. Ученые расшифровали полный геном морского винограда и сравнили его с 15 опубликованными геномами растений, собранными из одноклеточных водорослей, мха, риса и кресс-салата. Исследование выявило ключевые гены, которые позволяют морскому винограду, одноклеточному организму, принимать сложную форму, и продемонстрировало полезность использования водорослей для изучения эволюционных процессов в зеленых растениях.
«Недавно другие страны начали выращивать этот и родственные виды зеленых водорослей», - сказал Аримото. «Я думаю, что эта геномная информация может помочь их будущему развитию, а также префектуре Окинава».
Совокупность генов создает «Пучи Пучи»
Крошечные зеленые шарики отходят от центрального стебля растения уми-будо, и при жевании эти крошечные шарики взрываются соленым вкусом. На японском языке эта сенсационная текстура известна как «пучи-пучи», звукоподражание, имитирующее звук маленького хлопка. Подразделению морской геномики было любопытно, как растение, состоящее всего из одной клетки, могло вырасти до такой фантастической формы, что придало морскому винограду его неповторимую текстуру.
«Когда мы начинали проект, не было [расшифрованных] геномов зеленых водорослей», - сказал Аримото.«Было совершенно неизвестно, сколько генов присутствует в зеленых водорослях и какие растительные гормоны участвуют в развитии». Исследователям удалось расшифровать высококачественный геном растения уми-будо и сравнить его с геномами известных растений, чтобы увидеть, проявляются ли определенные гены в разных количествах между ними.
Результаты показывают, что морской виноград содержит расширенный набор генов, который, как считается, произошел от основного набора генов, обнаруженного у общего предка зеленых растений. Среди этих генов есть те, которые кодируют регуляторы ядерного транспорта - белки, которые помогают контролировать, как информация перемещается между ядрами и цитозолем, жидкостью, в которой плавают органеллы клетки. В многоклеточных организмах транспортные регуляторы настраивают целые клетки на получение только определенных сигналов, как циферблат на радио. В уми-будо, одноклеточном организме, белки делают то же самое для отдельных ядер в клетке.
Механизм позволяет отдельным клеткам принимать сложные формы, несмотря на отсутствие клеточных мембран, отделяющих одну область от другой. Без регуляторов ядерной транспортировки морской виноград не мог бы расти в характерных гроздьях.
По сравнению с другими зелеными водорослями, у морского винограда также есть дополнительные гены для кодирования белков гомеобокса, которые помогают регулировать физическое развитие растений. По словам Аримото, гомеобоксные белки переключают критические гены, чтобы включить или выключить их, что запускает клеточные процессы и формирует анатомическую структуру организма в дальнейшем.
Помощь фермерам, занимающимся выращиванием морского винограда на Окинаве и за ее пределами
В будущем подразделение морской геномики надеется проанализировать экспрессию генов на протяжении всего жизненного цикла морского винограда. Например, данные свидетельствуют о том, что специфические гены гомеобокса сильно экспрессируются в пыльце и яйцах наземных растений. Они могут иметь такое же значение на ранних этапах развития уми-будо. Поскольку выращивание морского винограда распространяется за пределами Окинавы и Тихого океана, эти геномные данные могут помочь фермерам разработать более эффективные стратегии выращивания.
Пока исследователи OIST работают с уми-будо в лаборатории, любители еды могут продолжать заказывать восхитительные морские водоросли в ресторанах по всей Японии, вероятно, с легкой заправкой из уксуса, мирина и соевого соуса. Оиси!