Oxytricha trifallax | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
vetenskaplig klassificering | ||||||||
Domän:eukaryoterSkatt:SarSupertyp:AlveolaterSorts:ciliaterUndertyp:IntramacronucleataKlass:SpirotricheaUnderklass:StichotrichiaTrupp:SporadotrichidaFamilj:OxytrichidaeSläkte:OxytrichiaSe:Oxytricha trifallax | ||||||||
Internationellt vetenskapligt namn | ||||||||
Oxytricha trifallax | ||||||||
|
Oxytricha trifallax (lat.) är en art av ciliater av klassen Spirotrichea , den mest studerade representanten för klassen. O. trifallax används ofta i molekylärbiologisk forskning, och hittills har genomet av dess makronucleus sekvenserats helt [1] .
Under naturliga förhållanden lever den i sötvattenförekomster [2] .
Morfologiskt kan Oxytricha trifallax inte särskiljas från dess närbesläktade art, Oxytricha fallax , och har, liksom alla medlemmar av släktet Oxytricha , flexibilitet i sidled ( se extern bild) [3] . Cellerna är ellipsoida, den bakre delen är rundad. Den dorsala ytan av cellen är konvex. Den ventrala sidan är tillplattad och bär cirres (8 frontala, 5 ventrala och 5 transversala). Höger och vänster marginalcirri smälter samman till en enda rad vid den bakre änden av cellen. I den buckala regionen är ett system av membranella välutvecklat , på höger sida finns ett långt böljande membran. Cytostomen är belägen i den bakre änden av den buckala regionen. Det finns en kontraktil vakuol på vänster sida nära den bakre änden av den buckala regionen [4] .
Liksom andra ciliater har O. trifallax två kärnor : en vegetativ ( polyploid makronucleus ) och en generativ ( diploid mikrokärna ). Liksom andra ciliater är O. trifallax kapabel till konjugering , under vilken celler utbyter "halvor" av mikrokärnor. Samtidigt förstörs gamla makrokärnor, och nya makrokärnor bildas av mikrokärnor. Under gynnsamma förhållanden reproducerar ciliater genom delning och börjar den sexuella processen när ogynnsamma förhållanden uppstår. Nyligen genomförda studier har visat ovanliga egenskaper hos organiseringen av mikro- och makrokärngenom i O. trifallax [5] .
Således är organisationen av mikro- och makrokärngenomerna i O. trifallax signifikant olika. Mikrokärngenomet (generativt genom) innehåller många transposoner och andra icke-kodande regioner (IES engelska internt eliminerade sekvenser ), dessutom är dess gener avsevärt blandade; på grund av detta är den i ett icke-fungerande tillstånd och tjänar endast till att överföra ärftlig information till avkomma. Makronukleusgenomet innehåller tvärtom nästan uteslutande kodande regioner (d.v.s. gener), och det är han som är involverad i att upprätthålla cellens liv. Mikrokärnegenomet är nästan 20 gånger större än makronukleusgenomet. Under 2013 dechiffrerades det makronukleära genomet av O. trifallax fullständigt . Det visade sig att dess storlek är cirka 50 miljoner baspar , och att den själv består av cirka 16 tusen nanokromosomer - kromosomer som bara innehåller en gen och telomerer (storleken på en nanokromosom är från 500 till 66 tusen baspar ) . Men få nanokromosomer innehåller flera gener (upp till 8). Förekomsten av nanokromosomer skiljer O. trifallax från andra modellciliater ( skociliater , Paramecium tetraurelia och Tetrahymena thermophila ) [5] [6] .
Efter konjugering byggs makronukleusgenomet på basis av mikronukleusgenomet, samtidigt som det genomgår betydande omarrangemang: 95-96% av mikronukleusgenomet avlägsnas under bildandet av makronukleusgenomet, och de återstående "rena" generna ( MDS engelska macronuclear destinerade sekvenser ), utan olika icke-kodande element, sätts samman från blandat tillstånd i rätt ordning. Introner tas inte bort under en sådan omarrangering, utan ingår i de bevarade fragmenten [5] [6] .
Det har fastställts att en sådan sammansättning utförs med användning av RNA cirka 27 nukleotider långt, transkriberat från genomet av den gamla makrokärnan även före konjugering. I detta avseende skiljer sig O. trifallax från T. thermophila , där sådana 28–29 nukleotider långa RNA:n läses inte från den gamla makrokärnan, utan från mikrokärnan; dessutom är de i T. thermophila 2'-O-metylerade i 3'-änden, medan i O. trifallax denna modifiering saknas [7] . Efter konjugering, sammansättning av MAC-kromosomen (kromosomen som är en del av makronukleusgenomet) genom att skära ut överflödiga fragment från kopian av MIC-kromosomen (kromosomen som är en del av mikronukleusgenomet) och koppla de återstående fragmenten i rätt ordning, med RNA-mallen från föräldermakronukleus, på grund av vilken de är sammansatta funktionella gener. Trots att den gamla makrokärnan är genetiskt olik den nya till viss del, stör dessa skillnader inte den korrekta sammansättningen av MAC-kromosomen. Efter att generna har satts ihop läggs telomerer till i ändarna av den nya kromosomen, vilket fullbordar bildandet av den nya MAC-kromosomen. Den beskrivna mekanismen är universell, den är nödvändig för korrekt montering av de gener som finns i mikrokärnan i oblandad form. Dessutom har det visats att vissa nukleotidsubstitutioner från RNA-mallen kan överföras till MAC-kromosomen. Överföring av ärftlig information med hjälp av RNA sker alltså i ciliater [6] .
När en nanokromosom väl är sammansatt genomgår den amplifiering , vilket producerar cirka 2 000 kopior av varje nanokromosom. Dessutom har det visat sig att under bildandet av en kromosom kan DNA-fragment skäras och kombineras på olika sätt, vilket leder till att olika isoformer bildas i cirka 10 % av nanokromosomerna (någon sorts alternativ splitsning ). Bildandet av isoformer har visats just för de få nanokromosomer som innehåller flera gener. I vissa fall finns det ett samband mellan antalet kopior av en kromosom och nivån på dess uttryck , men detta mönster verkar inte vara regeln. Uppenbarligen regleras inte antalet kopior av nanokromosomen alls, och under delning divergerar de till dotterceller slumpmässigt [5] .
Trots överflöd av nanokromosomer är var och en av dem begränsad till två telomerer som bildas av telomeras , som i O. trifallax bara har en. För att upprätthålla ett så stort antal telomerer har O. trifallax ytterligare proteiner , de kodas av 9 paraloggener [ 5] .
Uppenbarligen förvärvades förmågan att skära ut icke-kodande regioner av ciliater som ett resultat av den tidigare invasionen av transposoner. Efter det "domesticerade" de transposaser ( enzymer som säkerställer utskärningen av transposoner) och började använda dem för att ta bort transposoner. Tetrahymena- och Paramecium macronucleus-genomerna innehåller en kopia av PiggyBac -klassens transposasgen, och många kopior av Tc1/mariner-klassens transposasgenen hittades i O. trifallax micronucleus-genomet . Ytterligare två transposaser är involverade i omarrangemanget av genomet under bildandet av makrokärnan. Betydelsen av transposaser för ciliater bevisas av det faktum att deras hämning leder till ackumulering av högmolekylärt DNA och närvaron av transposoner i MAC-genomet, vilket inte borde vara normalt [5] .