Динофлагелляты играют важнейшую роль в водных экосистемах, в частности, являясь основными виновниками вредоносного цветения водорослей. Они могут входить в спящую стадию, известную как стадия покоя цисты, что позволяет им выживать в течение длительных периодов времени — до 150 лет — в морских отложениях. Этот период покоя необходим для их ежегодной динамики популяции, циклов цветения и географического расширения.

Несмотря на экологическую важность цист в состоянии покоя, молекулярные механизмы, управляющие их состоянием покоя, поддержанием жизнеспособности и прорастанием в естественных отложениях, остаются в значительной степени неизученными.

Чтобы лучше понять этот процесс, исследователи из Института океанологии Китайской академии наук (IOCAS) в сотрудничестве с учеными из Университета Коннектикута исследовали эти механизмы. Они использовали специфичный для динофлагеллята мРНК-специфичный лидер сплайса в качестве «крючка», наряду с секвенированием одной молекулы в реальном времени и другими физиологическими измерениями.

Данное исследование было опубликовано в Научные достижения 7 февраля.

Исследователи создали три библиотеки кДНК на основе DinoSL из полевых сообществ цисты и раскрыли генетические и метаболические механизмы, участвующие в спячке кисты. Они обнаружили, что подавляющее большинство генов, связанных с основными метаболическими и регуляторными путями, за исключением тех, которые связаны с фотосинтетическими путями, остаются транскрипционно активными в сообществах цист.

Кроме того, исследователи идентифицировали «активные» гены и пути, имеющие решающее значение для поддержания жизнеспособности и потенциала прорастания динофлагеллятных покоящихся цист, погребенных в морских отложениях.

«Широкий активный метаболический ландшафт, наблюдаемый в погребенных в отложениях сообществах цист, подчеркивает жизненно важный аспект молекулярного механизма, необходимого для поддержания покоя в цистах», — объяснил профессор Тан Инчжун, автор исследования.

Благодаря метатранскриптомному анализу и последующим гипотезам исследователи получили более глубокое понимание, изучив лабораторные цисты у репрезентативного вида динофлагеллятов, продуцирующих цисты. Они обнаружили, что аутофагия усиливается во время покоя кисты, предполагая, что альтернативное производство энергии и переработка клеточных ресурсов являются важными стратегиями для поддержания покоя и жизнеспособности.

Кроме того, исследователи обнаружили, что два классических фитогормона — абсцизовая кислота (АБК) и гибберелловая кислота (ГА) — играют антагонистическую роль в регулировании поддержания и высвобождения кисты в состоянии покоя. Исследование показало, что низкая температура и темнота, два сигнала окружающей среды, обычно присутствующие в морских отложениях, оказывают противоположное воздействие на биосинтез и катаболизм ABA и GA. Это приводит к повышенному уровню АБК и снижению накопления ГА, что соответствует глубокому состоянию покоя в цистах динофлагеллятов в естественной среде.

Это исследование улучшает понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе переходов жизненного цикла и покоя динофлагеллятов.