Геном зеленой микроводоросли Botryococcus braunii, производящей топливо, был секвенирован группой исследователей во главе с группой Texas A&M AgriLife Research.
Отчет в Genome Announcements появился после почти семи лет исследований, по словам доктора Тима Деваренна, биохимика AgriLife Research и главного исследователя в Колледж-Стейшн. В дополнение к секвенированию генома появились другие генетические факты, которые в конечном итоге могут помочь его команде и другим специалистам, изучающим эту зеленую микроводоросль, в дальнейших исследованиях по производству водорослей и растений в качестве возобновляемого источника топлива.
«Эта водоросль является колониеобразующей, а это означает, что множество отдельных клеток образуют колонию. Эти клетки производят много углеводородов, а затем экспортируют их во внеклеточный матрикс для хранения», - сказал Деваренн. «И эти углеводороды можно превратить в топливо - бензин, керосин и дизельное топливо, например, точно так же, как в эти топлива превращают нефть».
Деваренн указал на предыдущие исследования, показывающие, что углеводороды из B. braunii долгое время были связаны с нефтяными месторождениями, указывая на то, что в течение геологического времени водоросли совпадали с образованием нефтяных месторождений и способствовали их формированию.
По сути, если бы мы использовали углеводородные масла из этих водорослей в качестве возобновляемого источника топлива, не было бы необходимости менять какую-либо инфраструктуру для производства топлива. Его можно было бы поместить прямо в существующую систему переработки нефти и получать из нее такое же топливо», - сказал он.
Деваренн сказал, что его лаборатория хочет понять не столько то, как производить топливо, сколько то, как водоросли производят эти углеводороды, какие гены и ферменты задействованы и как они функционируют.
«Как только мы это поймем, возможно, мы сможем манипулировать водорослями, чтобы производить больше масла или определенных типов масла, или, может быть, мы можем перенести эти гены в другие фотосинтезирующие организмы, чтобы они производили масло вместо водорослей», - сказал Деваренн, чья лаборатория в 2016 году объявила об открытии фермента, используемого водорослями для производства углеводородов.
Вот почему секвенирование генома было важно, сказал он, потому что это поможет идентифицировать все гены и ферменты в геноме, необходимые для производства углеводородов и контроля над этим производством.
И это непросто. Секвенирование генома означает выделение всей ДНК из ядра клетки, секвенирование ее на небольшие фрагменты и последующую сборку ее обратно в полный геном. Подумайте о головоломке из 166 миллионов частей, учитывая, что размер генома B. braunii оценивается примерно в 166 миллионов оснований, сказал он..
Деваренн сказал, что, поскольку только части генома B. braunii в этом отчете «прописаны», так сказать, он считается черновым геномом или первой попыткой собрать все части.
«Это не идеально, но все же очень полезно и ценно для других исследователей, изучающих эту водоросль», - сказал он. Его собственная лаборатория планирует провести более глубокий анализ и сравнить его с другими известными геномами водорослей и наземных растений, чтобы увидеть, что уникально и похоже.
Наряду с секвенированием исследование Деваренна показало, что в геноме B. braunii содержится около 18 500 генов, и есть очень длинные части генов, называемые нетранслируемыми областями. Эти участки не превращаются в белки, а скорее используются для регуляторных целей.
«Они могут иметь длину в несколько тысяч пар оснований, тогда как в большинстве организмов эти области могут иметь длину всего в пару сотен пар оснований», - сказал он о нетранслируемых областях. «Мы еще не знаем, о чем это».
Он сказал, что геном B. braunii было очень сложно собрать из-за большого количества повторяющихся последовательностей в нем.
«Сборка генома - это совсем не тривиальный процесс, - объяснил Деваренн. «Мы отправляем ДНК для секвенирования в Объединенный институт генома, который является частью Министерства энергетики США, и они секвенируют ее в виде множества очень маленьких фрагментов. Эти фрагменты ДНК могут иметь длину от 150 до 300 пар оснований. представьте, что у нас есть 166 миллионов оснований в нашем геноме, и он отправляется обратно к нам в виде маленьких фрагментов, которые должны быть собраны вместе, чтобы получить 166 миллионов оснований. Мы использовали Техасский суперкомпьютерный центр A&M, чтобы помочь».
По мере заполнения новых пробелов, по его словам, будет появляться более полный геном, и это поможет исследователям глубже погрузиться в биохимические процессы в этой водоросли. Эта информация затем поможет им понять, как и почему организм производит углеводороды в очень больших количествах, как регулируется этот процесс и какие конкретные пути биосинтеза используются для получения углеводородов.
«Подобно тому, как геном человека секвенирован, но до конца не изучен, еще многое предстоит изучить. Это действительно бесконечный процесс», - сказал Деваренн.