Oxytricha trifallax

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] .

Biologisk beskrivning

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] .

Funktioner i genomet

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] .

Anteckningar

  1. ↑ Thomas G. Doak, Glenn Herrick, Laura F. Landweber, Robert B. Weiss. Sekvens av Oxytricha trifallax makronukleärt genom . Arkiverad från originalet den 13 maj 2013.
  2. ↑ Hunter Gibbons. Analys av allelisk mångfald av Oxytricha trifallax med användning av 81-genlokuset . — Muncie, Indiana: Ball State University, 2014. Arkiverad 12 september 2014 på Wayback Machine
  3. ↑ Zoller SD , ​​​​Hammersmith RL , Swart EC , Higgins BP , Doak TG , Herrick G. , Landweber LF Karakterisering och taxonomisk giltighet av ciliatet Oxytricha trifallax (klass Spirotrichea) baserat på flera gensekvenser: begränsningar i identifiering av släkten solceller .  (engelska)  // Protist. - 2012. - Vol. 163, nr. 4 . - s. 643-657. - doi : 10.1016/j.protis.2011.12.006 . — PMID 22325790 .
  4. ↑ fallax Oxytricha (inte tillgänglig länk) . Hämtad 14 januari 2016. Arkiverad från originalet 12 maj 2018. 
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 Swart EC , Bracht JR , Magrini V. , Minx P. , Chen X. , Zhou Y. , Khurana JS , Goldman AD , Nowacki M. , Schotanus K. , Jung S. , Fulton RS , Ly A. , McGrath S. , Haub K. , Wiggins JL , Storton D. , Matese JC , Parsons L. , Chang WJ , Bowen MS , Stover NA , Jones TA , Eddy SR , Herrick GA , Doak TG , Wilson RK , Mardis ER , Landweber LF Oxytricha trifallax makronukleära genom: ett komplext eukaryotiskt genom med 16 000 små kromosomer.  (engelska)  // Public Library of Science Biology. - 2013. - Vol. 11, nr. 1 . — P. e1001473. - doi : 10.1371/journal.pbio.1001473 . — PMID 23382650 .
  6. ↑ 1 2 3 Nowacki M. , Vijayan V. , Zhou Y. , Schotanus K. , Doak TG , Landweber LF RNA-medierad epigenetisk programmering av en genom-omarrangemangsväg.  (engelska)  // Nature. - 2008. - Vol. 451, nr. 7175 . - S. 153-158. - doi : 10.1038/nature06452 . — PMID 18046331 .
  7. ↑ Zahler AM , Neeb ZT , Lin A. , Katzman S. Parning av det stichotrichous ciliatet Oxytricha trifallax inducerar produktion av en klass av 27 nt små RNA härledda från den parentala makronukleus.  (engelska)  // Public Library of Science ONE. - 2012. - Vol. 7, nr. 8 . - P. e42371. - doi : 10.1371/journal.pone.0042371 . — PMID 22900016 .

Länkar