Окинавская кухня известна своими многочисленными деликатесами - от супа из чернил кальмара до свиной грудинки рафуте. Но одним из самых известных деликатесов, подаваемых в ресторанах Окинавы, являются морские водоросли, известные своей приятной текстурой и вкусом. Вместо листьев у этих водорослей пучки маленьких зеленых пузырьков, которые лопаются во рту, выпуская солоновато-сладкий аромат океана.
Уникальная форма этих пузырчатых водорослей дала им название «уми-будо» или «морской виноград». Уми-будо - основная культура на Окинаве, которую выращивают для продажи рыбной промышленностью. Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) недавно обнародовали ключевую информацию об экспрессии генов в морском винограде, которая может помочь пролить свет на эволюцию морфологии морского винограда и помочь окинавским фермерам улучшить выращивание уми-будо.
Морской виноград состоит из двух основных структур - вай и столонов, которые похожи на листья и стебли растений. Форма уми-будо очень интересна, потому что целая морская водоросль, которая может вырасти 30 см в длину, состоит всего из одной единственной клетки с несколькими ядрами», - сказал д-р Аска Аримото, первый автор исследования и научный сотрудник, ранее работавший в отделе морской геномики OIST, которым руководит профессор Нориюки Сато.«Наше исследование показало, что, несмотря на то, что это одна клетка без физических барьеров, существуют различия в экспрессии генов между ветвями и столонами, что было очень неожиданно». Команда считает, что исследование этих различий может пролить свет на функции и развитие вайй и столонов.
В исследовании, которое недавно было опубликовано в журнале «Развитие, рост и дифференциация» 11 ноября 2019 года, использовался морской виноград, выращенный в рыболовецком кооперативе Onna Village, расположенном всего в нескольких километрах от кампуса OIST. Ученые извлекли и секвенировали мРНК - молекулу, которая переносит информацию от экспрессированных генов в желеобразную жидкость цитоплазмы, где она используется для кодирования белков. Затем команда рассчитала уровни экспрессии генов в двух разных структурах. Ранее в этом году подразделение морской геномики OIST расшифровало геном морского винограда и оценило наличие в геноме 9 311 генов, кодирующих белок. В этом последнем исследовании ученые обнаружили, что из 9 311 генов 1 027 генов были более сильно экспрессированы в листьях, тогда как 1 129 генов были более сильно экспрессированы в столонах.
Изучение сходства между морским виноградом и наземными растениями
Одним из основных преимуществ этого исследования была возможность использовать прошлые исследования отдела морской геномики OIST, который не только ранее расшифровал геном морского винограда, но и сравнил гены морского винограда с другими наземными растениями.
«Наличие геномной информации для анализа экспрессии генов было невероятно полезным, так как это позволило нам легче определить, какие гены были более экспрессированы, и охарактеризовать гены по их функциям», - сказал Аримото..
Команда обнаружила, что гены, участвующие в метаболических функциях, таких как дыхание и фотосинтез, были более выражены в листьях, тогда как гены, связанные с репликацией ДНК и синтезом белка, были более сильно экспрессированы в столонах. Эти результаты показали, что листья морского винограда выполняют ту же функцию, что и листья наземных растений.
Исследователи также углубились в группу генов, которые регулируют гормональные пути растений, которые, как было показано в предыдущем исследовании, распространены в морском винограде по сравнению с наземными растениями. Результаты показали, что большее количество генов растительных гормонов экспрессируется в вайях по сравнению со столонами.
«Пути гормонов растений помогают контролировать развитие морского винограда и поддерживать стабильные условия внутри морских водорослей», - сказал Аримото. «Удивительно то, что, несмотря на то, что наземные растения и зеленые водоросли разошлись миллиард лет назад, мы обнаружили, что они независимо развили сходные механизмы регуляции и развития». Поэтому Аримото считает, что изучение биологии нетрадиционных одноклеточных организмов, таких как морской виноград, также может помочь ученым раскрыть общие принципы развития и эволюции различных видов растений и водорослей.
Помогаем окинавским фермерам выращивать уми-будо
Помимо того, что Аримото проливает свет на эволюцию водорослей и наземных растений, эта информация может привести к более совершенным методам увеличения роста листьев, что позволит окинавским фермерам выращивать более урожайные культуры. «Вайи - съедобная часть морского винограда, но окинавским фермерам может быть трудно выращивать морской виноград с листьями, имеющими много пузырьков, без передовых научных технологий», - сказал Аримото.
Отдел морской геномики также надеется, что в будущем их наука поможет окинавским фермерам выращивать уми-будо с большей устойчивостью к засухе, высоким температурам или повышенной солености. Один из путей гормонов растений, известный как сигнальный путь абсцизовой кислоты (АБК), играет роль в том, что позволяет морским водорослям справляться со стрессом окружающей среды. Дальнейшие исследования этого пути могут помочь фермерам на Окинаве и в других регионах справиться с быстро меняющимся климатом.