У крошечного рачка геном маленький, но очень необычный. У него много генов, которые отвечают на состояние окружающей среды. Ученые полагают, что из дафнии можно сделать генный сенсор на загрязнения.

Дафния (Daphnia pulex)Геном миниатюрного пресноводного рачка дафнии (Daphnia pulex), секвенированием и анализом которого занималась большая международная команда, преподнес исследователям несколько сюрпризов. Им посвящена статья в Science. С одной стороны, у дафнии очень маленький геном – его размер составляет всего 200 Мб (200 миллионов пар оснований). С другой стороны, он содержит очень много генов – ученые насчитали почти 31 тысячу. Для сравнения, геном человека размером около 3 миллиардов пар оснований содержит, по разным оценкам, от 23 до 28 тысяч генов.

Международный консорциум по расшифровке генома дафнии (Daphnia Genomics Consortium) возглавили Центр геномики и биоинформатики Университета штата Индиана в Блумингтоне (Indiana University Bloomington) и Объединенный институт генома Министерства энергетики (Department of Energy's Joint Genome Institute, DOE JGI) в Калифорнии. С проектом можно ознакомиться на сайте.

Затем гены копируются

«У дафнии оказалось больше генов, чем у человека, и больше, чем у любого животного, геном которых прочитан на сегодняшний день», — говорит Игорь Григорьев, руководитель группы генома эукариот DOE JGI. Анализируя результаты, ученые поняли, в чем причина такого несоответствия между размером ДНК и числом генов. «У дафнии так много генов, потому что большая их часть представлена несколькими копиями, — объясняет Джон Колборн (John Colbourne), лидер проекта и директор геномного центра Университета штата Индиана. – Число копий генов у дафнии примерно втрое выше, чем у других беспозвоночных, и на 30% выше, чем у человека».

На примере дафнии ученые впервые увидели, что копии одного и того же гена изменяются и начинают выполнять разные функции. Исследователи предполагают, что сначала копии кодируют те же самые белки, что и оригиналы, но затем дубли довольно быстро мутируют и начинают производить другие белки.

Нашелся ответ и на вопрос, почему геном дафнии так компактен. Оказалось, у нее очень короткие интроны – части ДНК, не несущие информации о строении белка. Из ее генома словно выжато все лишнее.

Живой генный индикатор

Более трети кодирующих белки генов у дафнии уникальны — ученые до сих пор не находили таких генов в живых организмах. Большая часть новых генов оказалась связана с экологическими функциями – с приспособлением дафнии к окружающей среде.

Дафния интересна биологам тем, что она играет важную роль в пресноводных экосистемах. На ней держится пищевая цепочка, так как рачок служит кормом рыбам и другим организмам. Дафнии очень хорошо приспособлены к среде обитания и отвечают на изменения условий среды изменением своего метаболизма, поведения и цикла развития. Название рачок получил в честь древнегреческой нимфы Дафны – девственницы, так как в определенных условиях дафния переходит от полового размножения к клонированию женских особей.

Дафния – точный индикатор состояния окружающей среды. Если она чувствует себя плохо или начинает изменяться, налицо химическое загрязнение водоема. В лаборатории на основе дафний созданы тест-системы для определения уровня загрязнения воды.

Такие свойства делают дафнию перспективным модельным организмом в новой области – геномике среды (Environmental Genomics), считают ученые. На ней можно будет изучать, как гены взаимодействуют со средой. Она может стать не просто индикатором, но генным индикатором на загрязнения. Дафния – хороший сенсор, так как экспрессия многих ее генов изменяется в зависимости от состава окружающей среды. Поскольку женские особи, размножающиеся клонированием, содержат один и то же набор генов, помещая какие-то из них в воду с загрязнителем, а другие в чистую воду, можно получить генный ответ на этот загрязнитель.

Такой сенсор, как можно ожидать, найдет применение в экологии и медицине для охраны здоровья человека. Эти перспективы выглядят реальными, потому что из всех изученных беспозвоночных дафния разделяет с человеком больше всего генов.

Дафния — первое ракообразное, геном которого биологи секвенировали. Сравнение его с уже прочитанными геномами дрозофилы и медоносной пчелы позволит биологам проследить эволюцию членистоногих.

Источник: Infox.ru

Чтобы зафиксировать в массе зоопланктона перемещения отдельной особи, шведские экологи буквально подковали водяную блоху.

Дафния (фото Chantal Wagner)Биологи обычно не затрудняются с наблюдениями за миграцией животных. В этом им помогают разнообразные устройства — от радиодатчиков (которые можно прикрепить, допустим, на панцирь черепахи) до систем спутникового слежения.

А вот поведение самого массового «вида» животных, от которого, без преувеличения, зависит жизнь на Земле, остаётся для исследователей недостижимой областью. Мы говорим о зоопланктоне, который движется в толще воды и остаётся за пределами досягаемости современных технологий. Да, гидролокатор способен «вести» перемещения многомиллиардных масс микроскопических организмов, но как уследить за отдельной особью?

Статья экологов из Лундского университета, опубликованная в сетевом журнале PloS One, предлагает изящное решение — метод квантовых точек. Эти наночастицы, которые флуоресцируют при попадании на них света, прикрепляются к карапаксу водяной блохи (она же дафния, Daphnia magna). Всё! Остаётся лишь следить за передвижениями особи.

Впрочем, технология хоть и остроумна, но несовершенна. Чтобы квантовая точка засветилась, возбуждающий её источник должен быть поблизости — в нескольких дюймах, так что эксперимент выполним пока только в лабораторных масштабах. Имеет значение и чувствительность камеры, воспринимающей свечение квантовой точки, но в открытом водоёме дафния может уплыть из поля зрения камеры в течение нескольких часов. Наконец, во время линьки животное скидывает карапакс (вместе с квантовой точкой!), и происходит это раз в два дня.

И всё же предложенная шведами методика небезнадёжна. Квантовая точка позволяет биологам хотя бы ненамного, но приблизиться к вопросам, которые ранее даже не поднимались ввиду заведомой их неразрешимости. Как движутся эти микроорганизмы? Ищут ли они целенаправленно еду? Убегают ли от хищников?..

Узнав, как и зачем плавает отдельная особь, экологи смогут решить вопросы, связанные с поведением зоопланктонных масс в ответ на глобальные трансформации окружающей среды — например, изменения кислотности воды и температуры или попадание популяции под озоновую дыру. И нет нужды подробно объяснять, как тайны планктонных миграций помогут в изучении поведения наших старых и милых знакомых — рыб, птиц, морских черепах и белых мишек...

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА