Когда дерево погибает, его древесина, листья и корни становятся пищей для миллионов невидимых глазу организмов — грибы разрушают клеточные стенки, личинки и клещи прогрызают ткани, а углерод, заключенный в растении, постепенно возвращается в почву и атмосферу. Именно эти процессы поддерживают круговорот углерода на планете. Но что именно отвечает за выполнение этой задачи в глобальном углеродном цикле? И какие молекулярные инструменты используют для этого организмы?
Чтобы ответить на эти вопросы, ученые из Франкфуртского университета имени Гете разработали метод, основанный на биоинформатике, — fDOG (Feature Architecture-aware Detection of Orthologs). Предполагается, что он находит гены — «ортологи» — которые кодируют белки со схожими функциями. В текущем исследовании ученые искали гены ферментов, разрушающих клеточную стенку растений. fDOG не только просматривает массивы геномной информации, но и анализирует структурный состав генов, который многое говорит о функции фермента.
С помощью fDOG ученые проанализировали генетическую информацию более 18 тысяч видов из всех трех доменов жизни: бактерий, архей и эукариот (растений, животных и грибов). Результатом стала подробная глобальная карта ферментов, способных разрушать клеточные стенки растений.
Так, оказалось, что некоторые грибы потеряли часть ферментов и сменили образ жизни: из «санитаров леса», разлагающих мертвые растения, они превратились в паразитов, заражающих животных. Некоторые членистоногие обладают собственным набором ферментов для разрушения растительных тканей. Вероятно, эти гены они получили от грибов и бактерий в результате горизонтального переноса — прямой передачи ДНК между организмами. Это означает, что ряд беспозвоночных может самостоятельно перерабатывать растительный материал, не полагаясь на микробов в кишечнике.
Метод fDOG дает ученым инструмент для отслеживания эволюции таких молекулярных возможностей и помогает лучше понять круговорот углерода на планете. Ведь именно процессы разложения определяют, сколько углерода задерживается в почве — крупнейшем наземном хранилище этого элемента, а сколько возвращается в атмосферу.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что вымирание слонов приведет к необратимым изменениям в природе.
