Каждая растительная клетка — это продукт биологического слияния, произошедшего миллиарды лет назад. Хлоропласты — это ключевые структуры в растениях и водорослях, улавливающие солнечный свет, но изначально это были свободноживущие бактерии, поселившиеся внутри другой клетки. Со временем эти партнеры стали более тесно интегрированы, обмениваясь генами, белками и функциями.
Чтобы понять, как происходил этот процесс, ученые ищут организмы, демонстрирующие схожие процессы. Крошечный хищник по имени Rapaza viridis может дать представление о некоторых ранних этапах этой древней трансформации.
R. viridis — одноклеточный организм, осуществляющий фотосинтез с помощью хлоропластов, заимствованных у зелёных водорослей, которыми он питается. Этот процесс называется клептопластией — от греческого слова, означающего «вор».
Даже после потери ядра водоросли и большей части цитоплазмы, хлоропласты, полученные из жертвы, остаются внутри R. viridis. Временно структуры двух разных организмов сосуществуют в одной клетке, что можно описать как химеризм на структурном уровне.
В ходе исследования, проведенного Масами Наказавой, преподавателем Высшей школы сельского хозяйства Осакского столичного университета, и профессором Юитиро Касиямой из факультета экологических исследований Фукуйского технологического университета, с использованием методов генной инженерии и биохимии было установлено, что клептопласты у R. viridis также демонстрируют химеризм на молекулярном уровне. Это указывает на более продвинутую форму клептопластии, чем просто химеризм на структурном уровне.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Группа исследователей выявила белки, синтезированные организмом-хозяином, которые транспортируются в украденные хлоропласты, где они помогают поддерживать работу ключевых механизмов хлоропластов. Когда исследователи нарушили работу генов, кодирующих эти белки, украденные хлоропласты стали функционировать менее эффективно.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что, производя белки, функционирующие внутри украденного хлоропласта, R. viridis выходит за рамки простого удержания добычи и предлагает ценную модель для изучения того, как может возникать более глубокая интеграция между хозяином и органеллами.
«Таким образом, R. viridis стал первым организмом, у которого биохимически доказано, что белки, закодированные в ядре хозяина, функционируют внутри органеллы, украденной у другого вида. Эти результаты показывают, что даже временное сохранение хлоропластов может включать более глубокий уровень интеграции между хозяином и органеллами, чем считалось ранее», — сказал профессор Касияма.
Доктор Наказава считает, что подобные эксперименты могут помочь исследователям понять, что произошло, когда появились первые растительные клетки. «Выявляя механизмы, работающие при использовании эукариотическими клетками чужеродных органелл, и выходя за рамки того, что мы обычно наблюдаем в модельных организмах, это исследование дает ключ к пониманию эволюционных процессов, которые привели к появлению растительных клеток», — сказал он.
Источник: Osaka MetropolitanUniversity.
На заглавном фото стрелкой показан хлоропласт, украденный у водорослей-жертв (клептопласт) внутри клетки R. viridis. Исследование показывает, что белки, вырабатываемые хозяином, транспортируются в этот клептопласт, где они помогают поддерживать работу ключевых механизмов хлоропласта. Источник: Осакский столичный университет.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Канал в MAX | Дзен.новости.