Las diatomeas son un tipo común de microorganismo fotosintético, se encuentra en muchos ambientes, desde el marino hasta el suelo; en los océanos, son responsables de más de un tercio del carbono oceánico global capturado durante la fotosíntesis. Esto lleva a que una cantidad significativa de carbono secuestrado termine en los sedimentos del fondo del océano. Tanto en los ecosistemas de agua dulce como en los marinos, la base de la red alimentaria está compuesta por una comunidad diversa de fitoplancton que incluye diatomeas que pueden prosperar en una amplia gama de temperaturas. En el Océano Antártico o Austral, grandes poblaciones de una diatomea en particular, Fragillariopsis cylindrus , dominan las comunidades de fitoplancton.

Para aprender más sobre cómo F. cylindrus adaptado a su entorno extremadamente frío, un equipo dirigido por científicos de la Universidad de East Anglia (UEA) en Norwich, Inglaterra realizó un análisis genómico comparativo con tres diatomeas aprovechando la experiencia del Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE JGI), que llevó a cabo toda la secuenciación y la anotación. Los resultados, informado en línea el 16 de enero, 2017 en la revista Naturaleza , proporcionó información sobre la estructura del genoma y la evolución de F. cylindrus , así como el papel de esta diatomea en el Océano Austral. De particular interés fue que F. cylindrus , que es diploide (tiene dos copias de cada cromosoma, por lo tanto, dos versiones de cada gen) pueden expresar selectivamente la variante más adecuada para ayudarlo a lidiar con su entorno. Esto proporciona al organismo una resistencia adicional arraigada en el genoma a medida que cambia su entorno.

"Muchas especies, incluido el fitoplancton, son endémicas del Océano Austral, "dijo Thomas Mock de UEA, quien dirigió el estudio. "Han evolucionado a lo largo de millones de años para poder hacer frente a este entorno extremo y muy variable. Se desconoce en gran medida cómo lo hicieron. Por lo tanto, nuestros datos brindan una primera idea de cómo estos organismos clave sustentan uno de los ecosistemas marinos más grandes y únicos en La Tierra ha evolucionado ".

Para prosperar en el Océano Austral, F. cylindrus tiene que responder a una amplia variedad de condiciones, incluida la oscuridad, temperaturas de congelación y descongelación, y niveles variables de dióxido de carbono y hierro. Por ejemplo, como muchos fitoplancton, F. cylindrus queda atrapado con el hielo marino en el invierno y se libera en el verano cuando la mayor parte del hielo marino se derrite.

El genoma de 60 millones de pares de bases (Megabase o Mb) de F. cylindrus fue secuenciado como parte del portafolio del Programa de Ciencias Comunitarias 2007 del DOE JGI. La versión inicial del ensamblaje del genoma estaba disponible en 2010, analizar el genoma requirió seis años más y múltiples grupos, incluidos los genomicistas y genetistas de poblaciones. Para el análisis comparativo, su genoma se comparó con el de las diatomeas, Thalassiosira pseudonanana y Phaeodactylum tricornutum, ambos se encuentran en océanos templados con concentraciones más altas de hierro disuelto. Estos genomas de diatomeas fueron previamente informados por DOE JGI.

El análisis reveló casi una cuarta parte de los F. cylindrus el genoma contenía alelos muy divergentes, copias de los mismos genes que se encuentran en las otras diatomeas, pero que había divergido por la acumulación de mutaciones. El equipo descubrió que esta divergencia alélica parece coincidir con el último período glacial, que comenzó alrededor de 110, Hace 000 años. "Fue notable encontrar que diferentes alelos de los mismos genes divergen y evolucionan para responder a varios factores ambientales, "dijo Igor Grigoriev, Jefe de DOE JGI Fungal Genomics y autor principal del estudio.

Mock señaló que el equipo también encontró muchos genes "únicos" para F. cylindrus , como las proteínas de unión al hielo y la rodopsina. Agregó que observaron muchas proteínas con dominios de zinc, debido a la alta concentración de zinc en el Océano Austral, que no se había encontrado en ningún otro genoma de fitoplancton. La familia de proteínas de unión al zinc parece haberse expandido en los últimos 30 millones de años.

"Descubrir que el F. cylindrus La población mantiene y apoya una amplia variación con el fin de proporcionar la capacidad de adaptación de la población en condiciones ambientales adversas tiene amplias implicaciones para nuestra comprensión de las poblaciones naturales a las condiciones ambientales cambiantes. "dijo Jeremy Schmutz, jefe del Programa de Plantas del DOE JGI y coautor del estudio. "A nivel de genotipo individual, el cambio observado de expresión de una copia del haplotipo del gen a la otra copia del haplotipo en condiciones cambiantes demuestra la complejidad de los mecanismos de supervivencia presentes en la naturaleza para traducir la variación y el contenido genómicos disponibles a la respuesta ambiental. Para la mayoría de los organismos eucariotas diploides, hemos considerado los haplotipos separados como en gran parte redundantes, y generó una única referencia de haplotipo, pero aparece en el caso de F. cylindrus la mayor variación en los dos haplotipos es vital para la supervivencia y adaptación de la especie y puede contener variaciones en el contenido regulatorio. Esto probablemente cambiará la forma en que la comunidad aplica las técnicas y ensayos genómicos a las especies eucariotas que habitan en los océanos ".