Un equipo internacional de investigadores ha identificado las mutaciones genéticas que permitieron a las microalgas fitoplancton del Océano Austral adaptarse a climas extremos y muy variables, un paso hacia la comprensión de cómo los organismos polares se ven afectados por el cambio climático.
El equipo dirigido por el profesor Thomas Mock de la Facultad de Ciencias Ambientales de la Universidad de East Anglia UEA investigó la genómica evolutiva de la diatomea polar Fragilariopsis cylindrus, que ha evolucionado para prosperar en el Océano Austral pero también ocurre en el Océano Ártico.La secuenciación del genoma se realizó en el Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía de los EE. UU. Walnut Creek, EE. UU. Y el Instituto Earlham EI Norwich, Reino Unido.
La forma en que el fitoplancton ha evolucionado para hacer frente a las condiciones marinas polares de fuerte estacionalidad, temperaturas bajo cero y períodos prolongados de oscuridad era en gran parte desconocida. La secuencia del genoma de Fragilariopsis cylindrus representa el primer genoma completo de un eucariota polar - un 'más alto'organismo con células complejas.
Fragilariopsis cylindrus es una especie clave, especialmente en el Océano Austral y prospera en el hielo marino, lo que sustenta una de las redes alimentarias más singulares de la Tierra que alimenta kril, pingüinos, focas y ballenas.
La mayoría del fitoplancton en el Océano Austral enfrenta la inclusión en el hielo marino cada invierno y se libera nuevamente en verano cuando la mayoría del hielo marino se derrite. Especies como Fragilariopsis cylindrus han desarrollado adaptaciones para hacer frente a estos cambios ambientales drásticos.
Los investigadores descubrieron que lo hacen variando sus alelos, lo que no se ha demostrado en ningún organismo marino antes. Los alelos son formas variantes de un gen, que se encuentran en la misma posición, o locus genético, en un cromosoma. FragilariopsisEl cilindro es un organismo diploide porque tiene dos alelos en cada locus genético.
El profesor Mock dijo: "Nuestro estudio identificó que casi una cuarta parte del genoma contenía variantes alélicas. Estos alelos se expresaron diferencialmente en condiciones ambientales importantes, y encontramos evidencia de que esas condiciones estaban causando la diferenciación alélica. Como el tamaño efectivo de la población deesta diatomea polar es enorme, hay un alelo para cada ocasión, que parece hacer que este organismo sea extremadamente adaptable a las condiciones ambientales cambiantes ".
El estudio, publicado en la revista Naturaleza , es un paso significativo para comprender cómo los organismos polares han evolucionado para hacer frente a sus condiciones ambientales extremadamente variables y, por lo tanto, su potencial para adaptarse a los cambios ambientales inducidos por la actividad humana. La investigación limitada se lleva a cabo en organismos polares debido a los muchos desafíos presentadostrabajando en regiones polares y trabajando con estos organismos en el laboratorio y este trabajo ha tomado más de nueve años desde la idea inicial.
Los científicos de la IE utilizaron tecnología de genómica de vanguardia y experiencia en bioinformática para llevar a cabo estudios adicionales sobre el ensamblaje original del genoma proporcionado por el Joint Genome Institute EE. UU.. Con fondos de una beca de desarrollo del Instituto1, el Dr. Mark McMullan, la Dra. Pirita Paajanen en elEl grupo del Dr. Matt Clark Desarrollo tecnológico utilizó el último software de secuenciación y ensamblaje de lectura larga PacBio para generar un nuevo ensamblaje del genoma y asignar las variaciones alélicas a cromosomas separados.
El Dr. Paajanen dijo: "Esta es la primera vez en EI que un genoma de este tipo se ensambló en cromosomas. Es solo muy recientemente que la tecnología se ha desarrollado para hacer frente a un organismo tan altamente heterocigótico y los datos muestran que estoLa diatomea en realidad tiene una gran cantidad de variación dentro de sus genes. Este resultado agrega peso a la teoría de que esto es importante para ayudar al organismo a lidiar con los ambientes extremos en el océano alrededor del continente antártico. Utilizando nuestro ensamblaje, demostramos quela evaluación original del genoma fue correcta y pudo demostrarlo, debido a las fortalezas de EI en tecnología de secuenciación avanzada y computación de alto rendimiento ".
El Dr. Clark agregó: "Esta fue una pregunta biológica muy interesante que las últimas tecnologías hacen mucho más fácil de abordar. El uso de largos métodos de secuenciación y ensamblaje de ADN para ensamblar ambas copias alélicas de un gen ayudó a demostrar la inusual biología del genoma necesaria para estoespecies que triunfarán en el Océano Austral que rodea el continente antártico "
El trabajo también es relevante para la industria de la biotecnología, que tiene interés en los extremófilos, organismos que prosperan en condiciones extremas y son una fuente potencialmente valiosa de enzimas industrialmente importantes.
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Materiales proporcionado por Universidad de East Anglia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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