Структура и эволюция генома Synedra acus subsp. radians тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.07, кандидат наук Морозов, Алексей Анатольевич

• Морозов, Алексей Анатольевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Морозов, Алексей Анатольевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Цели и задачи исследования

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

Научная новизна и практическая значимость

Личный вклад автора

Апробация работы и публикации

Структура и объём работы

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Общая биологическая и экологическая характеристика диатомовых водорослей

1.2. Обзор эволюционной истории и геномики диатомовых водорослей

1.2.1. Возраст группы

1.2.2. Положение диатомовых водорослей согласно современной таксономии. Разножгутиковые и их пластиды

1.2.3. Геномы и транскриптомы диатомовых водорослей

1.2.4. Synedra acus subsp. radians как объект геномных исследований

1.3. Плоидность и размеры геномов диатомей

1.4. HGT и EGT в диатомовых водорослях

1.4.1. Гипотезы последовательных EGT

1.4.2. Методологическая критика работ по реконструкции событий эндосимбиоза у диатомовых водорослей и родственных групп организмов

1.4.3. Методы получения выборок филогенетических данных

1.5. Внутригенные дупликации в геномах диатомовых водорослей

1.5.1. Тандемные и триплетные гены sit

1.5.2. Примеры мультиплицированных генов в геномах других организмов29

1.6. Анализ семейств генов, участвующих в морфогенезе диатомовых водорослей

1.6.1. Классы эукариотических хитинсинтаз

1.6.2. Актины и актин-подобные белки

1.6.3. Белки, содержащие гельзолиновые повторы

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1. Выделение ДНК и подсчёт клеток

2.2. Рестрикционный анализ

2.2.1. Рестрикция in vitro

2.2.2. Моделирование и вычислительный анализ максимумов распределения длин рестрикционных фрагментов

2.3. Филогенетический анализ семейств генов, потенциально вовлеченных в морфогенез диатомей

2.3.1. Белки семейства хитинсинтаз

2.3.2. Белки актинового семейства

2.3.3. Белки гельзолинового семейства

2.4. Метод уменьшения наборов данных Distant Joining

2.4.1. Алгоритм Distant Joining

2.4.2. Тестирование метода

2.5. Поиск и аннотация мультиплицированных генов

2.6. Филогеномный анализ

2.6.1. Генерация набора деревьев

2.6.2. Анализ набора деревьев

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1. Размер и плоидность генома S. acus subsp. radians

3.1.1. Оценки размера и структуры гаплоидного генома Synedra acus subsp. radians in silico

3.1.2. Количество ДНК на клетку

3.1.3. Относительное обеднение сайтов рестрикции

3.1.4. Распределение значений относительного обеднения по геному

3.2. Внутригенные мультипликации в геномах диатомовых водорослей

3.3. Тестирование метода Distant Joining

3.4. Происхождение архепластидных генов

3.4.1. Состав наборов данных

3.4.2. Анализ UPGMA-деревьев

3.5. Новые подсемейства генов диатомовых водорослей

3.5.1. Эволюционная история хитинсинтаз диатомовых водорослей

3.5.2. Актины и актин-подобные белки

3.5.3. Белки гельзолинового семейства

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Различия между геномной сборкой и препаратом суммарной ДНК

4.1.1. Распределение значений относительного обеднения сайтов рестрикции

4.1.2. S. acus subsp. radians - диплоид с многочисленными

дуплицированными участками

4.2. Внутригенные дупликации белоккодирующих генов диатомей

4.2.1. Число мультиплицированных белоккодирующих генов диатомей

4.2.2. Возможные механизмы синтеза белков с мультиплетных генов

4.3. Применимость метода Distant Joining для автоматического создания репрезентативных выборок при филогенетическом анализе

4.4. Происхождение архепластидных генов и криптический эндосимбиоз

4.5. Новые подсемейства генов диатомовых водорослей

4.5.1. Эволюционная история эукариотических хитинсинтаз

4.5.1.1. Новые классы хитинсинтаз

4.5.1.2. Филогенетическое дерево хитинсинтаз и филогенетическое дерево их хозяев

4.5.2. Актин-подобные гены у диатомовых водорослей

4.5.3. Новые подсемейства генов гельзолинового семейства

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структура и эволюция генома Synedra acus subsp. radians»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Диатомовые водоросли - одна из крупнейших групп одноклеточных эукариотических фотосинтетиков. Она представляет интерес как в качестве ключевого продуцента во многих экосистемах [Tréguer et al., 2017], так и в силу своеобразия их метаболизма [Armbrust et al., 2004]. В частности, диатомеи способны формировать сложные кремнезёмные структуры с помощью механизма, детали которого до сих пор неизвестны. Сложные эволюционные процессы, происходившие при формировании и эволюции этой группы, также до конца не изучены.

Исследование геномов диатомовых водорослей могут быть полезны для получения ответов на обозначенные вопросы. Тем не менее, как геномные проекты, так и сравнительно-геномные исследования диатомей остаются немногочисленными. Один из таких проектов был осуществлён для пресноводной бесшовной пеннатной диатомеи Synedra acus subsp. radians (Kütz.) Skabitsch. (=Fragillaria radians (Kütz.) D.M. Williams & Round; =Ulnaria acus (Kütz.) M. Aboal; =Ulnaria ferefusiformis Kulikovskiy) отделом ультраструктуры клетки ЛИН СО РАН. В рамках проекта были отсеквенированы ядерный геном [Галачьянц и др., 2015] и геномы органелл этой водоросли [Ravin et al., 2010; Galachyants et al., 2012], аннотированы гены и проведён базовый сравнительный анализ. Тем не менее, структура генома и сформировавшие её процессы требуют отдельного исследования. В частности, неизвестна плоидность исследуемого вида и соотношение генов, восходящих к Viridiplantae и красным водорослям. Помимо собственно эволюционной реконструкции, филогенетический анализ может быть использован и для исследования специфики белковых семейств. В частности, у диатомовых водорослей обнаружено ранее неизвестное

подсемейство аквапоринов [Khabudaev et al, 2014].

В геноме S. acus subsp. radians недавно были обнаружены гены sit, кодирующие в одной рамке считывания несколько доменов белка транспорта кремния [Марченков и др., 2016; Durkin, Mock, Armbrust, 2016]. Неизвестно, насколько аналогичные мультиплицированные гены распространены в геномах диатомовых водорослей.

В последние годы были опубликованы результаты исследований транскриптомов большого круга диатомей [Keeling et al., 2014]. Это позволяет интерпретировать геномные данные, полученные для S. acus subsp. radians, в более широком таксономическом контексте, что является критически важным для проведения филогеномного анализа.

Цели и задачи исследования

Цель исследования состояла в выявлении особенностей структуры генома S. acus subsp. radians, а также в определении происхождения и степени дивергенции отдельных генов. Для выполнения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Оценить размер генома S. acus subsp. radians и выявить возможные структурные различия между ним и геномной сборкой.

2. Провести филогеномный анализ генов диатомовых водорослей, имеющих архепластидное происхождение.

3. Провести поиск генов диатомовых водорослей, содержащих внутригенные мультипликации.

4. Исследовать происхождение ряда семейств генов, потенциально вовлечённых в морфогенез диатомей, и описать их отличия от гомологов из других организмов.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Диатомея S. acus subsp. radians - диплоидный организм, геном которого подвергся многочисленным локальным дупликациям.

2. Большинство архепластидных генов диатомей восходят к красным, а не к зелёным водорослям, что опровергает гипотезу криптического эндосимбиоза.

3. Часть хитинсинтаз диатомей была получена в результате горизонтального переноса от грибов.

4. В семействе актин-подобных белков существует ранее не описанное гетероконт-специфичное подсемейство. Два диатом-специфичных подсемейства имеются в семействе белков, содержащих гельзолиновые повторы.

Научная новизна и практическая значимость

С использованием широкого набора геномных и транскриптомных последовательностей диатомей подтверждено родство большинства их архепластидных генов с красными, а не зелёными водорослями. Таким образом, результаты работы не поддерживают гипотезу криптического «зелёного» пластида.

Впервые показан значительно больший, чем у других эукариот, объём множественных внутригенных дупликаций у диатомовых водорослей. Это, наряду с неравномерным распределением значений относительного обеднения сайтов рестрикции у S. acus subsp. radians, свидетельствует о многочисленных локальных дупликациях. Количество ДНК, присутствующей в клетках, указывает на диплоидность исследуемого вида.

Описано два новых подсемейства генов в семействе гельзолиновых белков и одно - в семействе актин-подобных белков, а также установлено

происхождение части хитинсинтаз диатомей путём горизонтального переноса генов. Показано существование классов хитинситаз, аналогичных таковым у грибов, у ряда ранее не исследовавшихся групп.

Уточнённая классификация хитинсинтаз и актин-подобных белков может стать основой для дальнейших исследований. Кроме того, предложенный метод оценки копийности повторов может быть применён для валидации геномных сборок других организмов.

Личный вклад автора

Автором лично выполнена вся описанная в диссертации экспериментальная и вычислительная работа. Дизайн эксперимента с рестрикцией и измерение длин рестрикционных фрагментов проводились совместно с Ю.П. Галачьянцем. Оценки размера гаплоидного генома принадлежат Ю.П. Галачьянцу. Подготовка публикаций осуществлялась автором совместно с Ю.П. Галачьянцем, Е.В. Лихошвай, Е.Д. Бедошвили. Культуры предоставлены Н.А. Волокитиной и Ю.Р. Захаровой.

Апробация работы и публикации

По материалам диссертации опубликовано 5 статей, из них 3 статьи в журналах списка ВАК. Результаты работы были представлены на VI Международной Верещагинской Байкальской конференции (Иркутск, 2015) и конференции "Bioinformatics: algorithms to applications" (Санкт-Петербург, 2017).

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, включающих обзор литературы, описание материалов и методов, изложение результатов и их обсуждение, и списка литературы. Работа изложена на 123 страницах, содержит 17 рисунков и 9 таблиц. Библиография включает 108 источников.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Общая биологическая и экологическая характеристика

диатомовых водорослей

Диатомовые водоросли - одна из крупнейших фитопланктонных групп организмов на Земле как с точки зрения видового разнообразия -порядка 100 тысяч видов, включая криптические [Round, 1996] - так и с точки зрения численности. Считается, что диатомеи обеспечивают до 40 % первичной продукции Мирового Океана [Nelson et al., 1995], или 20 % продукции всей биосферы [Field et al., 1998]. Диатомовые водоросли представлены в большинстве водных экосистем, включая как морские, так и пресноводные.

Их наиболее характерной чертой является панцирь из аморфного кремнезёма, называемый фрустулой. Она состоит из трёх основных частей: двух створок и поясковых ободков. Форма панциря и его детализация в микро- и наномасштабе видоспецифичны и служат основными признаками для определения видов и родов диатомей.

По общей морфологии панциря, а также особенностям хлоропластов диатомеи разделяются на четыре основные группы (в порядке дивергенции): радиально-центрические, биполярно-центрические, бесшовные пеннатные и шовные пеннатные. Поскольку эти четыре группы выделяются на основании морфологических признаков, а не строгого таксономического анализа, их таксономический ранг и присутствие той или иной группы в таксономической системе варьируют у разных исследователей, занимающихся систематикой диатомей. Используемая сейчас таксономия диатомовых водорослей была предложена Линдой Медлин и Иреной Кажмарской в 2004 году [Medlin, Kaczmarska, 2004] на основании филогенетического анализа последовательностей рРНК. В этой системе

диатомеи разделяются на три класса: Coscinodiscophyceae, включающий радиально-центрических диатомей, Mediophyceae, включающий полярно-центрических, и Bacillariophyceae, охватывающий всех шовных диатомей. При этом классы Coscinodiscophyceae и Mediophyceae парафилетичны. Стоит отметить, что существуют работы, в которых дерево диатомей имеет иную топологию [Theriot et al., 2010]. Тем не менее, предложенная Медлин и Кажмарской таксономия считается общепринятой и будет использоваться в данной работе.

1.2. Обзор эволюционной истории и геномики диатомовых

водорослей

1.2.1. Возраст группы

Наиболее ранние отложения, однозначно определяемые как центрические диатомовые водоросли, относятся к юрскому периоду и имеют возраст около 175 млн лет [Harwood, Chang, Nikolaev, 2004]. Некоторые авторы считают, что существуют и юрские, и докембрийские образцы панцирей диатомовых водорослей, хотя о достоверности датировки и определения таких находок высказываются сомнения [Николаев, Харвуд, Самсонов, 2001; Sims, Mann, Medlin, 2006].

Оценки возраста диатомей, полученные молекулярно-филогенетическими методами, варьируют в зависимости от использованных наборов данных и алгоритмов. Тем не менее, они значительно отличаются от палеонтологических: формирование основных групп современных диатомовых водорослей находится в диапазоне от среднего пермского до раннего юрского периодов ca. 267-162 млн лет назад [Sorhannus, 2007; Brown, Sorhannus, 2010], а дивергенция между диатомеями и сестринской группой болидофитов - в диапазоне ca. 350-370 млн лет назад, приблизительно в начале каменноугольного периода [Brown, Sorhannus

2010]. Во любом случае, диатомеи являются одной из древнейших групп охрофитовых водорослей, которая, как считается, сформировалась вскоре после дивергенции Ochrophyta с нефотосинтетическими Heterokonta.

Противоречие между палеонтологическими и молекулярно-филогенетическими датировками снимается гипотезой, согласно которой отложение кремния у диатомовых - относительно новое приобретение [Raven, Waite, 2004]. Ранее уже предполагалось, что изначально диатомеи освоили импорт кремния в клетку из внешней среды не ради создания кремнистого панциря, выступающего в роли неорганической брони, а ради вовлечения кремния в метаболические процессы. В частности, для предотвращения старения клетки и создания стабильных покоящихся стадий. Полимерный кремнезём в этой модели - не более чем побочный продукт операций с растворёнными соединениями кремния, которому нашлось применение в строительстве клеточной стенки [Medlin, 2002]. Если переход от органических клеточных стенок к кремнистым панцирям произошёл после начала мелового периода, то предки диатомей могли существовать сколь угодно долго, не оставляя пригодной для исследования палеонтологической летописи. Косвенно появление фрустулы в раннем меловом периоде подтверждается и падением уровня кремния в Мировом океане в этот период, которое могло быть вызвано именно массовой утилизацией и захоронением кремния диатомеями [Raven, Waite, 2004].

1.2.2. Положение диатомовых водорослей согласно современной таксономии. Разножгутиковые и их пластиды

Как уже упоминалось, диатомовые водоросли принадлежат к группе разножгутиковых, или Heterokonta. Кроме них к разножгутиковым относятся бурые, золотистые и ксантофитовые водоросли (вместе

называемые охрофитовыми), а также ряд гетеротрофных таксонов, таких как оомицеты, опалиниды и некоторые другие. Разножгутиковые, наряду с альвеолятами, гапто- и криптофитовыми водорослями, входят в более крупную группу хромальвеолят. Таксономия основных групп эукариот по Кавалье-Смиту [Cavalier-Smith, 2009] приведена в таблице 1.

Таблица 1. Основные эукариотические мегатаксоны по Кавалье-Смиту [CavaHer-БткЬ, 2009]. Ряд групп, не фигурирующих в данной работе, опущен для краткости._

Таксоны Основные представители

Unikonta Amoebozoa Амёбы

Opistokonta Animalia Животные

Fungi Грибы

Bikonta Plantae Rhodophyta Красные водоросли

Viridiplantae Зелёные водоросли и высшие растения

Chromalveolata Chromista Heterokontophyta Диатомовые водоросли, оомицеты, бурые водоросли, золотистые водоросли

Haptophyta Гаптофитовые водоросли

Cryptophyta Криптофитовые водоросли

Alveolata Инфузории, динофлагелляты, апикомплексы

Excavata Эвглены, дискомонады

Rhizaria Церкозои, фораминиферы, радиолярии

Характерной особенностью автотрофных разножгутиковых является наличие хлоропластов, несущих хлорофиллы a и с. Помимо этих двух пигментов, в состав светособирающего комплекса входит специфичный для разножгутиковых и гаптофитовых водорослей фукоксантин, хлорофилл- и фукоксантин-связывающие белки, а также диатом-специфичные каротиноиды диадиноксантин и диатоксантин [Beer et al., 2006; Lepetit et al., 2011].

По набору хлорофиллов пластиды автотрофных разножгутиковых сходны с пластидами красных водорослей, что служит одним из доказательств их общего происхождения. Считается, что Heterokonta сформировались в процессе вторичного эндосимбиоза гетеротрофной эукариотической клетки с красной водорослью. Об этом же свидетельствует и филогенетический анализ пластидных генов 18S рРНК разножгутиковых и красных водорослей [Green, 2011]. Редуцированные пластиды, предположительно родственные пластидам охрофитовых, имеются у гетеротрофных разножгутиковых и других хромальвеолят, что позволяет предположить, что этот эндосимбиоз произошел в ранней истории этой группы.

Возможно, что в дальнейшем имела место серия третичных и четвертичных эндосимбиозов, обеспечивших современное разнообразие пластидов хромальвеолят. Достоверно известно, что уже сами диатомеи и целый ряд других одноклеточных охрофитовых водорослей послужили эндосимбионтами для динофлагеллят, неоднократно заменявших ими свои исходные пластиды [Imanian, Pombert, Keeling, 2010].

1.2.3. Геномы и транскриптомы диатомовых водорослей

На данный момент опубликовано 6 геномов диатомовых водорослей, включая S. acus subsp. radians. Гаплоидные геномы имеют размер от 30 до 219 млн пар н.о. и содержат 10-27 тыс. генов (табл. 2).

Таблица 2. Размер геномных сборок и число генов в опубликованных ядерных геномах диатомовых водорослей. ___

Вид Размер геномной сборки, млн пар н.о. Количество генов Ссылка

Fistulifera solaris Mayama, Matsumoto, Nemoto, Tanaka 24.9 20455 Tanaka et al., 2015

Fragillariopsis cylindrus (Grunow ex Cleve) Helmcke & Krieger 61.1 27137 Mock et al, 2017

Phaeodactylum tricornutum Bohlin 27.4 10402 Bowler et al, 2008

Pseudo-nitzschia multiseries (Hasle) Hasle 218.7 19703 http:// genome.jgi.doe. gov/Psemu1/Psemu1. home.html

Synedra acus subsp. radians 98.4 27337 Галачьянц и др., 2015

Thalassiosira pseudonana Hasle & Heimdal 32.1 11776 Armbrust et al, 2004

Такое небольшое количество геномных данных для столь экологически важной и богатой видами группы объясняется тем, что исследования диатомей не имеют прямых экономических приложений. За исключением Fistulifera solaris, рассматриваемой как потенциальный производитель биотоплива, и токсичной P.-n. multiseries, все отсеквенированные диатомеи играют значительную роль в экосистемах водоёмов, но пока не нашли применения ни в медицине, ни в биотехнологии.

По сходным причинам недостаточны усилия, затрачиваемые на изучение геномики других одноклеточных эукариот. Неравномерная

представленность разных таксонов в базах данных нуклеотидных последовательностей является проблемой не только для ученых, занимающихся исследованием немодельных групп организмов. Охват референсных баз данных напрямую влияет на выводы многих экологических и, в особеннности, эволюционно-биологических работ [del Campo et al., 2014]. В качестве примера можно привести комментарии П. Деша и Д. Морейры по поводу количества красных и зелёных водорослей в работе А. Мустафы (см. раздел 1.5.2).

С тем, чтобы исправить ситуацию с частью малоизученных групп, был запущен проект MMETSP (Marine Microbial Eukaryote Transcriptomic Sequencing Project, Проект транскриптомного секвенирования морских одноклеточных эукариот) [Keeling et al., 2014]. В рамках этого проекта отсеквенировано более 650 транскриптомов различных видов и штаммов морских эукариот, в том числе транскриптомы 71 вида диатомовых водорослей.

Авторы признают, что набор данных, предоставляемый этим проектом, имеет ряд ограничений. Как минимум, для анализа использовались только организмы, культивирование которых возможно в лабораторных условиях, что само по себе создаёт значительный дисбаланс в выборке. Куда большее значение имеет то, что в рамках MMETSP были получены только транскриптомные, а не геномные данные, а значит, для анализа недоступны не только нетранскрибируемые последовательности (межгенные участки, повторы и т.п.), но и гены, молчащие в условиях культивирования.

Тем не менее, такой скачок в количестве доступных для анализа последовательностей диатомовых водорослей позволяет исследовать ряд поставленных ранее задач методами сравнительной геномики и филогеномики in silico, без значительных затрат на секвенирование.

1.2.4. Synedra acus subsp. radians как объект геномных

исследований

Synedra acus subsp. radians представляет интерес в качестве объекта геномных исследований по целому ряду причин. Во-первых, все остальные известные геномы и транскриптомы диатомей принадлежат морским видам, в то время как S. acus subsp. radians - пресноводный подвид, обитающий, в частности, в озере Байкал. Такое различие в экологии позволит использовать её геном для исследования адаптации диатомей к пресноводным экосистемам. Во-вторых, это первый отсеквенированный представитель бесшовных пеннатных, крупной парафилетичной группы в составе диатомовых водорослей, что значительно расширяет таксономический охват при сравнительно-геномном анализе. Наконец, S. acus subsp. radians важна для исследователей Байкала, так как этот вид входит в состав доминирующих видов фитопланктона, является одним из основных продуцентов экосистемы озера, вносит существенный вклад в круговорот кремния, а также служит биостратиграфическим маркером плейстоценовых и голоценовых отложений [Grachev et al., 1998].

Для всех работ по NGS-анализу S. acus subsp. radians (как и для данной диссертации) использовалась аксеничная культура, полученная из пробы, отобранной в Лиственничном заливе оз. Байкал [Shishlyannikov et al., 2011]. Секвенирование проводилось на ряде платформ (454/Roche GS FLX, Illumina, PacBio). Результатом этих работ стали публикации по геномам органелл [Ravin et al., 2010; Galachyants et al., 2012], а затем и ядерному геному [Галачьянц и др., 2015; Бессмельцев и др., 2016].

Несмотря на то, что геном S. acus subsp. radians протяженнее большинства других известных геномов диатомей, в большинстве других отношений они различаются незначительно. У всех диатомей, включая S. acus subsp. radians, средняя длина гена составляет 1500-1700

нуклеотидов; все геномы диатомей, включая S. acus subsp. radians, относительно бедны интронами и содержат около 2 экзонов на ген; наконец, у всех диатомей представлено значительное по сравнению с модельными объектами количество генов с неизвестной функцией.

1.3. Плоидность и размеры геномов диатомей

Принято считать, что диатомеи являются гапло-диплоидными организмами: большую часть времени вегетативные клетки проводят в диплоидной фазе, а гаплоидны только короткоживущие гаметы. Эта особенность жизненного цикла отличает их от большинства других Chromophyta, у которых обычно преобладает гаплоид; наряду с диплоидностью нефотосинтетических Heterokonta (например, оомицет) она послужила одним из косвенных доказательств ранней дивергенции диатомей [Medlin, Williams, Sims, 1993].

Однако не все диатомеи являются диплоидами; для отдельных видов подтверждена полиплоидность [Kociolek, Stoermer, 1989; Chepurnov et al., 2002]. Нужно отметить, что плоидность оценивалась только для немногих видов, к числу которых S. acus subsp. radians не относится. Как и в других группах, полиплоидизация может служить механизмом репродуктивной изоляции и приводить к симпатрическому видообразованию. Предполагается, что такой механизм реализуется у криптических подвидов Ditylum brightwellii (T. West) Grunow, у которых репродуктивная изоляция между популяциями сопровождается приблизительно двукратным различием в количестве ДНК на клетку [Koester et al., 2010]. Очевидно, что в данном случае полиплоидизация произошла относительно недавно, так как популяции D. brightwellii не успели дивергировать в морфологически различимые подвиды. Анализ транскриптомов ряда видов, однако, указывает на то, что при эволюции диатомей полногеномные дупликации

происходили неоднократно, предположительно в процессе аллополиплоидизации. Количество реконструированных дупликаций и их предполагаемое положение на филогенетическом древе диатомовых водорослей варьирует в зависимости от использованных алгоритмов их поиска. Но можно с определенной степенью уверенности говорить о том, что было не менее четырёх относительно древних дупликаций, затронувших многие из использованных в анализе видов [Parks, Nakov et al, 2017]. Тем не менее, в отсутствие полногеномных данных невозможно различить последствия единственной полногеномной дупликации и результаты множественных дупликаций отдельных локусов в течение относительно небольшого по эволюционным меркам времени.

Статья Коестера с соавторами, помимо свидетельства полиплоидизации D. brightwellii, содержит ещё одно важное наблюдение. Кариотипирование и оценки плоидности для диатомовых водорослей значительно сложнее, чем для большинства других объектов, из-за наличия жёсткой и химически инертной клеточной стенки. Для оценки размера генома авторы использовали выделение ДНК из препарата с известным количеством клеток; так как в этой статье выводы делаются из относительного количества ДНК в клетках двух популяций, напрямую сделать вывод о том, какова плоидность тех и других, нельзя. Исследованные популяции могут являться не ди- и тетраплоидными, а, например, тетра- и октаплоидными соответственно. Разумеется, принцип парсимонии указывает на диплоидность и тетраплоидность, но для достоверных выводов необходима информация о размере гаплоидного генома.

Одним из возможных источников такой информации может служить геномная сборка. Её размер может варьировать в зависимости от использованных лабораторных методов и алгоритмов, но он близок к размеру гаплоидного генома. На практике, при корректном приготовлении

ДНК-библиотек, достаточном покрытии и т.п., размеры различных сборок одной и той же культуры различаются не в разы, а на десятки процентов. Такой точности должно быть достаточно для оценки плоидности. Размер сборок геномов диатомей составляет от 30 до 219 млн пар н.о. (см. табл. 2).

1.4. HGT и EGT в диатомовых водорослях 1.4.1. Гипотезы последовательных EGT

Более подробная реконструкция эволюции пластидной линии гетероконт, то есть реконструкция истории вторичного и третичного эндосимбиоза (-ов) и потерь пластид, остаётся незавершённой. Ниже описан ряд основных гипотез и аргументов, выдвигаемых в их защиту.

1. По предположению Кавалье-Смита (хромистная гипотеза) [Cavalier-Smith, 1992], красная водоросль была поглощена гетеротрофным общим предком хромо-, гапто- и криптофитовых водорослей, что привело к формированию красного пластида в современном виде (рис. 1). Третичных или повторных вторичных эндосимбиозов в этой группе не происходило. Эта гипотеза является простейшей, т. е. существование как минимум одного события эндосимбиоза не вызывает сомнений; другие гипотезы только вводят дополнительные эндосимбиозы. В её рамках считается, что все остальные (не-гетероконтные, не-красные) гены были приобретены в результате отдельных событий HGT или считаются таковыми в результате артефактов молекулярно-филогенетической реконструкции. Этот тезис основывается на том, что эндосимбиоз требует переноса большого числа генов в ядро реципиента, создания сложных систем регуляции пластида, импорта в него белков и экспорта продуктов. Редукция столь сложных систем при отсутствии потребности в них, с

Эукариотнческая клетка

Красная водоросль

Эукариотическая клетка

Предок диатомовых и других разножгутиковых

Хлоропласт

Хлоропласт

Рис. 1. Формирование пластидов архепластид и разножгутиковых в результате двух эндосимбиозов (по Cavalier-Smith, 1992). Круговыми диаграммами показано происхождение генов в геномах эукариот: красный - гетеротрофный предок архепластид, синий - цианобактерия, оранжевый - гетеротрофный предок разножгутиковых.

другой стороны, считается делом относительно простым, и потому наличие многочисленных беспластидных групп среди хромальвеолят объясняется множественными событиями независимымой утраты фотосинтетического аппарата, а не самостоятельными событиями его приобретения в разных группах.

2. Гипотеза последовательных заимствований [Stiller et al., 2014] предполагает серию последовательных событий эндосимбиоза, в которой красная водоросль была поглощена криптофитовой, затем охрофитовой, и сформировавшийся организм служил донором пластида при эндосимбиозе с гаптофитовой водорослью. Эта гипотеза строится на том, что количество BLAST-хитов между гаптофитовой водорослью Emiliania huxleyi (Lohmann) W.W. Hay & H.P. Möhler и разножгутиковыми значительно выше ожидаемого при данном составе

базы данных. В несколько меньшей степени это верно и для криптофитовой водоросли Guillardia theta D.R.A. Hill & R. Wetherbee, в то время как значимой гомологии между наборами генов гапто- и криптофитовых водорослей не наблюдается. В этой работе, как и в некоторых других, наличие и e-value BLAST-хитов рассматривается как свидетельство гомологии.

3. Гипотеза криптического пластида [Moustafa et al., 2009] постулирует, что гетеротрофный предок диатомей или более широкой группы органзмов поглотил зелёную водоросль. Ее фотосинтетический аппарат и часть генетического материала, прежде всего связанного с фотосинтезом, были перенесены в геном клетки-хозяина. Впоследствии зелёный пластид был замещён красным, но гены в ядре хозяина уже не менялись. Эта гипотеза была высказана на основании филогеномного анализа двух доступных на момент публикации геномов диатомей (Phaeodactylum tricornutum и Thalassiosira pseudonana).

4. Различные гипотезы независимого приобретения красного пластида (см. обзор в [Stiller et al., 2014]). В этих гипотезах постулируется, что пластиды красной линии были приобретены теми или иными группами хромальвеолят в результате независимых событий эндосимбиоза с красными водорослями. Высказываются они преимущественно на основании не-монофилии хромальвеолят при их близости к красным водорослям в филогеномных анализах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Морозов, Алексей Анатольевич, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антонов А.С. Основы геносистематики высших растений. М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2000. - 135 с.

2. Бессмельцев В.П., Терентьев В.С., Вилейко В.В., Бабин С.А., Шалагин А.М., Латышев А.В., Насимов Д.А., Федина Л.И., Пышный Д.В., Воробьёв П.Е., Анненков В.В., Даниловцева Е.Н., Зелинский С.Н., Верхозина О.Н., Грачёв М.А., Галачьянц Ю.П. О создании платформы для исследования нуклеиновых кислот (ДНК-секвенатора) // Прикладная фотоника. - 2016. - Т. 3, № 4. - С. 388-412.

3. Галачьянц Ю.П., Захарова Ю.Р., Петрова Д.П., Морозов А.А., Сидоров И.А., Марченков А.М., Логачёва М.Д., Маркелов М.Л., Хабудаев К.В., Лихошвай Е.В., Грачёв М.А. Определение нуклеотидной последовательности полного генома бесшовной пеннатной диатомеи Synedra acus subsp. radians из озера Байкал // Доклады Академии Наук. - 2015. - Т. 461, № 3. - С. 348-352.

4. Грачёв М.А., Деникина Н.Н., Беликов С.И., Лихошвай Е.В., Усольцева М.В., Тихонова И.В., Адельшин Р.В., Клер С.А., Щербакова Т.А. Элементы активного центра белков транспорта кремниевой кислоты в диатомовых водорослях // Молекулярная биология. - 2002. - Т. 36, № 4. - С. 379-381.

5. Лихошвай Е.В., Масюкова Ю.А., Щербакова Т.А., Петрова Д.П., Грачёв М.А. Обнаружение гена транспорта кремниевой кислоты у хризофитовых водорослей // Доклады Академии Наук. - 2006. - Т. 408, № 6. - С. 845-849.

6. Марченков А.М., Бондарь А.А., Петрова Д.П., Хабудаев К.В., Галачьянц Ю.П., Захарова Ю.Р., Волокитина Н.А., Грачёв М.А. Необычная конфигурация генов белка транспорта кремния у

пресноводной пеннатной диатомеи Synedra acus subsp. radians // Доклады Академии Наук. - 2016. - Т. 471, № 2. - С. 238-240.

7. Николаев В.А., Харвуд Д.М., Самсонов Н.И. Диатомовые водоросли раннего мела. М.: «Наука», 2001. - 69 с.

8. Петрова Д.П., Бедошвили Е.Д., Шелухина И.В., Самуков В.В., Корнева Е.С., Верещагин А.Л., Попкова Т.П., Карпышев Н.Н., Лебедева Д.В., Клименков И.В., Лихошвай Е.В., Грачёв М.А. Обнаружение белка транспорта кремниевой кислоты в клетках пресноводной диатомеи Synedra acus методами иммуноблоттинга и иммуноэлектронной микроскопии // Доклады Академии Наук. - 2007. - Т. 417, № 1. - С. 113-116.

9. Ampe C., Vandekerchkove G. The F-actin capping proteins of Physarum polycephalum: cap42(a) is very similar, if not identical, to fragmin and is structurally and functionally very homologous to gelsolin; cap42(b) is Physarum actin // The EMBO Journal. - 1987. - Vol. 6. - P. 4149-4157.

10. Andre E., Lottspeich F., Schleicher M., Noegel A. Severin, gelsolin and villin share a homologous sequence in regions presumed to contain F-actin severing domains // The Journal of Biological Chemistry. - 1988. - Vol. 263. - P. 722-777.

11. Armbrust E.V., Berges G., Bowler C., Green D., Martinez N., Putnam N., Zhou S., Allen A., Apt K., Bechner M., Brzezinski M., Chaal B., Chiovitti

A., Davis A., Goodstein D., Hadi M., Hellsten U., Hildebrand M., Jenkins

B., Jurka J., Kapitonov V., Kroger N., Lau W., Lane T., Larimer F., Lippmeier J., Lucas S., Medina M., Montsant A., Obornik M., Schnitzler-Parker M., Palenik B., Pazour G., Richardson P., Rynearson T., Saito M., Schwartz D., Thamatrakoln K., Valentin K., Vardi A., Wilkerson F., Rokhsar D. The genome of the diatom Thalassiosirapseudonana: ecology, evolution, and metabolism // Science. - 2004. - Vol. 306, No. 5693. - P. 79-86.

12. Aumeier C., Polinski E., Menzel D. Actin, actin-related proteins and profilin in diatoms: a comparative genomic analysis // Marine Genomics. -2015. - Vol. 23. - P. 133-142.

13. Beer A., Gundermann K., Beckmann J., Büchel C. Subunit composition and pigmentation of fucoxantin-chlorophyll proteins in diatoms: evidence for a subunit involved in diadinoxanthin and diatoxanthin binding // Biochemistry. - 2006. - Vol. 45. - P. 13046-13053.

14. Bowler C. Allen A.E., Badger J.H., Grimwood J., Jabbari K., Kuo A., Maheswari U., Martens C., Maumus F., Otillar R.P., Rayko E., Salamov A., Vandepoele K., Beszteri B., Gruber A., Heijde M., Katinka M., Mock Th., Valentin K., Verret F., Berges J.A., Brownlee C., Cadoret J.-P., Chiovitti A., Chang Jae Choi, Coesel S., De Martino A., Detter J.C., Durkin C., Falciatore A., Fournet J., Haruta M., Huysman M.J.J., Jenkins B.D., Jiroutova K., Jorgensen R.E., Joubert Y., Kaplan A., Kröger N., Kroth P.G., La Roche J., Lindquist E., Lommer M., Martin-Jezequel V., Lopez P.J., Lucas S., Mangogna M., McGinnis K., Medlin L.K., Montsant A., Oudot-Le Secq M.-P., Napoli C., Obornik M., Schnitzler Parker M., Petit J.-L., Porcel B.M., Poulsen N., Robison M., Rychlewski L., Rynearson T.A., Schmutz J., Shapiro H., Siaut M., Stanley M., Sussman M.R., Taylor A.R., Vardi A, von Dassow P., Vyverman W., Willis A., Wyrwicz L.S., Rokhsar D.S., Weissenbach J., Armbrust E.V., Green B.R., Van de Peer Y., Grigoriev I.V. The Phaeodactylum genome reveals the evolutionary history of diatom genomes // Nature. - 2008. - Vol. 456, No. 7219. - P. 239-244.

15. Brown J.W., Sorhannus U. A molecular genetic timescale for the diversification of autotrophic stramenopiles (Ochrophyta): substantive underestimation of putative fossil ages // PLoS ONE. - 2010. - Vol. 5, Iss. 9. - e12759.

16. Buchfink B., Xie C., Huson D. Fast and sensitive protein alignment using Diamond // Nature Methods. - 2015. - Vol. 12. - P. 59-60.

17. Burtnik L.D., Koepf E.V., Grimes J., Jones E.Y., Stuart D.I., McLaughlin P.J., Robinson R.C. The crystal structure of plasma gelsolin: implications for actin severing, capping and nucleation // Cell. - 1997. - Vol. 90. - P. 661-670.

18. Camacho C., Couloris G., Avagyan V., Ning Ma, Papadoupolos J., Bealer K., Madden T.L. BLAST+: architecture and applications // BMC Bioinformatics. - 2009. - Vol. 10. - P. 421.

19. Castresana J. Selection of conserved blocks from multiple alignment for their use in phylogenetic analyses // Molecular Biology and Evolution. -2000. - Vol. 17. - P. 540-552.

20. Cavalier-Smith T. The origin, losses and gains of chloroplasts // Origins of plastids. - Springer US, 1992. - P. 291-348.

21. Cavalier-Smith T. Megaphylogeny, cell body plands, adaptive zones: causes and timing of eukaryote basal radiations // Journal of Eukaryotic Microbiology. - 2009. - Vol. 56, Iss. 1. - P. 26-33.

22. Chepurnov V. A., Mann D.G., Vyverman W., Sabbe K., Danielidis D.B. Sexual reproduction, mating system, and protoplast dynamics of Seminavis (Bacillariophyceae) // Journal of Phycology. - 2002. - Vol. 38, Iss. 5. - P. 1004-1019.

23. Dabiri G.A., Young C.L., Rosenbloom J., Southwick F.S. Molecular cloning of human macrophage capping protein cDNA. A unique member of the gelsolin/villin family expressed primarily in macrophages // The Journal of Biological Chemistry. - 1992. - Vol. 267, Iss. 23. - P. 1654516552.

24. Darriba D., Taboada G.L., Doallo R., Posada D. Prottest3: fast selection of best-fit models of protein evolution // Bioinformatics. - 2011. - Vol. 27, Iss. 8. - P. 1164-1165.

25. Del Campo J., Sieraski M.E., Molestina R., Keeling P.J., Massana R., Ruiz-Trillo I. The others: our biased perspective of eukaryotic genomes // Trends

in Ecology & Evolution. - 2014. - Vol. 29, Iss. 5. - P. 252-259.

26. Deschamps P., Moreira D. Reevaluating the green contribution to diatom genomes // Genome Biology and Evolution. - 2012. - Vol. 4, Iss. 7. - P. 795-800.

27. Durak G.M., Taylor A.R., Walker C.E., Probert I., de Vargas C., Audic S., Schroeder D., Brownlee C., Wheeler G.L. A role for diatom-like silicon transporters in calcifying coccolitophores // Nature Communications. -2016. - Vol. 7. - article id 10543.

28. Durkin C.A., Mock Th., Armbrust E.V. Chitin in diatoms and its association with the cell wall // Eukaryotic Cell. - 2009. - Vol. 8, Iss. 7. -P. 1038-1050

29. Durkin C.A. Mock Th., Armbrust E.V. The evolution of diatom-like silicon transporters in diatoms // Journal of Phycology. - 2016. - Vol. 52. - P. 716731.

30. Eddy S.R. A new generation of homology search tools based on probabilistic inference // Genomics and Informatics. - 2009. - Vol. 23. - P. 205-211.

31. Enright A.J., Van Dongen S., Ouzonis C.A. An efficient algorithm for large-scale detection of protein families // Nucleic Acids Research. - 2002.

- Vol. 30, Iss. 7. - P. 1575-1584.

32. Fenn S. Structural biochemistry of nuclear actin-related proteins 4 and 8 reveals their interaction with actin // The EMBO Journal. - 2011. - Vol. 30.

- P. 2153-2166.

33. Field C. B., Behrenfeld M.J., Randerson J.T., Falkowski P. Primary production of the biosphere: integrating terrestrial and oceanic components // Science. - 1998. - Vol. 281, No. 5374. - P. 237-240.

34. Galachyants Y.P, Morozov A.A., Mardanov A.V., Beletsky A.V., Ravin N.V., Petrova D.P., Likhoshway Ye.V. Complete chloroplast genome sequence of freshwater araphid pennate diatom alga Synedra acus from

Lake Baikal // International Journal of Biology. - 2012. - Vol. 4, No. 1. -P. 27-35.

35. Grachev M.A., Vorobieva S.S., Likhoshway Ye.V., Goldberg E.L., Ziborova G.A., Levina O.V., Khlystov O.M. A high resolution diatom record of the palaeoclimates of East Siberia for the last 2.5 my from Lake Baikal // Quaternary Science Reviews. - 1998. - Vol. 17. - P. 1101-1106.

36. Green B.R. After the primary endosymbiosis: an update on the chromalveolate hypothesis and the origins of algae with Chl C // Photosynthesis Research. - 2011. - Vol. 107. - P. 103-115.

37. Grou C.P., Pinto M.P., Mendes A.V., Domingues P., Azevedo J.E. The de novo synthesis of ubiquitin: identification of deubiquitinases acting on ubiquitin precursors // Nature Scientific Reports. - 2015. - Vol. 5. - C. 12836.

38. Harwood D.M., Chang K.H., Nikolaev V.A. Late Jurassic to earliest Cretaceous diatoms from Jasong Synthem // Abstracts of 18th International Diatom Symposium (eds: A. Witkowski, T. Radzeiejewska, B. Wawrzyniak-Wydrowska, G. Daniszewska-Kowalczyk, M. Bak). Miedzyzdroje, Poland, 2004 - p. 81.

39. Herrero J., Muffato M., Beal K., Fitzgerald S., Gordon L., Pignatelli M., Vilella A.J., Seale S.M.J., Amode R., Spooner S.B.W., Kulesha E., Yates A., Flicek P. Ensembl comparative genomics resources // Database. - 2016. - article id bav096.

40. Higaki T., Kojo K.H., Hasegawa S. Critical role of actin bundling in plant cell morphogenesis // Plant Signaling and Behaviour. - 2010. - Vol. 5, Iss. 5. - P. 484-488.

41. Huerta-Cepas J., Szklarczyk D., Forslund K., Cook H., Heller D., Walter M.C., Rattei T., Mende D.R., Sunagawa S., Jensen M.K.L.J., von Mering C., Bork P. eggNOG 4.5: a hierarchical orthology framework with improved functional annotations for eukaryotic, prokaryotic and viral

sequeces // Nucleic Acids Research. - 2015. - Vol. 44, Iss. D1. - P. D286-D293.

42. Huson D.H., Bryant D. Application of phylogenetic networks in evolutionary studies // Molecular Biology and Evolution. - 2006. - Vol. 23, Iss. 2. - P. 254-267.

43. Imanian B., Pombert J.S., Keeling P.J. The complete plastid genomes of the two 'Dinotoms' Durinskia baltica and Kryptoperidinium foliaceum // PLoS ONE. - 2010. - Vol. 5, Iss. 5. - e10711.

44. Jones P., Binns D., Chang H.-Y., Fraser M., Li W., McAnulla C., McWilliam H., Maslen J., Mitchell A., Nuka G., Pesseat S., Quinn A.F., Sandragor-Vegas A., Scheremetjew M., Yong S.-Y., Lopez R., Hunter S. InterProScan 5: genome-scale protein function classification // Bioinformatics. - 2014. - Vol. 30, Iss. 9. - P. 1236-1240.

45. Keeling P.J., Burki F., Wilcox H.M., Allam B., Allen E.E., Amaral-Zettler L.A., Armbrust E.V., Archibald J.M., Bharti A.K., Bell C.J., Beszteri B., Bidle K.D., Cameron C.T., Campbell L., Caron D.A., Cattolico R.A., Collier J.L., Coyne K., Davy S.K., Deschamps P., Dyhrman S.T., Edvardsen B., Gates R.D., Gobler C.J., Greenwood S.J., Guida S.M., Jacobi J.L., Jakobsen K.S., James E.R., Jenkins B., John U., Johnson M.D., Juhl A.R., Kamp A., Katz L.A., Kiene R., Kudryavtsev A., Leander B.S., Lin S., Lovejoy C., Lynn D., Marchetti A., McManus G., Nedelcu A.M., Menden-Deuer S., Miceli C., Mock Th., Montresor M., Moran M.A., Murray S., Nadathur G., Nagai S., Ngam P.B., Palenik B., Pawlowski J., Petroni G., Piganeau G., Posewitz M.C., Rengefors K., Romano G., Rumpho M.E., Rynearson T., Schilling K.B., Schroeder D.C., Simpson A.G.B., Slamovits C.H., Smith D.R., Smith G.J., Smith S.R., Sosik H.M., Stief P., Theriot E., Twary S.N., Umale P.E., Vaulot D., Wawrik B., Wheeler G.L., Wilson W.H., Xu Y., Zingone A., Worden A.Z. The Marine Microbial Eukaryote Transcriptome Sequencing Project (MMETSP):

illuminating the functional diversity of eukaryotic life in the oceans through transcriptome sequencing // PLoS Biology. - 2014. - Vol. 12, Iss. 6. - e1001889.

46. Khabudaev K.V., Petrova D.P., Grachev M.A., Likhoshway Ye.V. A new subfamily LIP of the major intrinsic proteins // BMC Genomics. - 2014. -Vol. 15., No. 173. - P. 1-7.

47. Kimura Y., Tanaka K. Regulatory mechanisms involved in the control of ubiquitin homeostasis // The Journal of Biochemistry. - 2010. - Vol. 147, Iss. 6. - P. 793-798.

48. Kociolek J.P., Stoermer E.F. Chromosome numbers in diatoms: a review // Diatom Research. - 1989. - Vol. 4, No. 1. - P. 47-54.

49. Koester J.A., Swalwell J.E., von Dassow P., Armbrust E.V. Genome size differentiates co-occuring populations of the planktonic diatom Ditylum brightwellii (Bacillariophyta) // BMC Evolutionary Biology. - 2010. - Vol. 10. - P. 1.

50. Lepetit B., Goss R., Jakob T., Wilhelm C. Molecular dynamics of the diatom Bleasby thylakoid membrane under different light conditions // Photosynthesis Resarch. - 2011. - Vol. 111, Iss. 1-2. - P. 254-257.

51. Le Clainche C., Carlier M.-F. Regulation of actin assembly associated with protrusion and adhesion in cell migration // Physiological Reviews. - 2008. - Vol. 88. - P. 489-513.

52. Lodish H., Berk A., Kaiser C., Krieger M., Scott M., Bretcher A., Ploegh H., Matsudaira, P. Molecular Cell Biology, sixth ed. - W.H. Freeman and Company, New York, 2007. - 973 p.

53. Lutz K.A., Wang W., Zdepski A., Michael T.P. Isolation and analysis of high quality nuclear DNA with reduced organellar DNA for plant genome sequencing and resequencing // BMC Biotechnology. - 2011. - Vol. 11. -P. 54.

54. Marron A.O., Alston M.J., Heavens D., Akam M., Caccamo M., Holland

P.W.H., Walker G. A family of diatom-like silicon transporters in the siliceous loricate choanoflagellates // Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. - 2013. - Vol. 280. - P. 2112-2543.

55. Marsolier-Kergoat M.C., Goldar A. DNA replication induces compositional biases in yeast // Molecular Biology and Evolution. - 2012. - Vol. 29, Iss. 3. - P. 893-904.

56. Mathur J., Spielhofer P., Kost B., Chuf N.-H. The actin cytoskeleton is required to elaborate and maintain spatial patterning during trichome cell morphogenesis in Arabidopsis thaliana // Development. - 1999. - Vol. 126. - P. 5559-5568.

57. Medlin L.K., Williams D.M., Sims P.A. The evolution of the diatoms (Bacillariophyta). I. Origin of the group and assessment of the monophyly of its major divisions // European Journal of Phycology. - 1993. - Vol. 28, No. 4. - P. 261-275.

58. Medlin L.K. Why silica or, better yet, why not silica? Speculations as to why the diatoms utilise silica as their cell wall material // Diatom Research. - 2002. - Vol. 17, No. 2. - P. 453-459.

59. Medlin L.K., Kaczmarska I. Evolution of diatoms: V. Morphological and cytological support for the major clades and a taxonomic revision // Phycologia. - 2004. - Vol. 43, Iss. 3. - P. 245-270.

60. Merzendofer H. The cellular basis of chitin synthesis in fungi and insects: Common principles and differences // European Journal of Cell Biology. -2011. - Vol. 90, Iss. 9. - P. 759-769.

61. Mirarab S., Warnow T. ASTRAL-II: coalescent-based species tree estimation with many hundreds of taxa and thousands of genes // Bioinformatics. - 2015. - Vol. 31, Iss. 12. - P. i44-i52.

62. Mock T., Samanta M.P., Iverson V., Berthiaume C., Robison M., Holtermann K., Durkin C., BonDurant S.S., Richmond K., Rodesch M., Kallas T., Huttlin E.L., Cerrina F., Sussman M.R., Armbrust E.V. Whole-

genome expression profiling of the marine diatom Thalassiosira pseudonana identifies genes involved in silicon bioprocesses. // Proceedings of the National Academy of Science USA. - 2008. - Vol. 105. - P. 1579-1584.

63. Mock T. Otillar R.P., Strauss J., McMullan M., Paajanen P., Schmutz J., Salamov A., Sanges R., Toseland A., Ward B.J., Allen A.E., Dupont C.L., Frickenhaus S., Maumus F., Veluchamy A., Wu T., Barry K.W., Falciatore

A., Ferrante M.I., Fortunato A.E., Glöckner G., Gruber A., Hipkin R., Janech M.G., Kroth P.G., Leese F., Lindquist E.A., Lyon B.R., Martin J., Mayer C., Parker M., Quesneville H., Raymond J.A., Uhlig C., Valas R.E., Valentin K.U., Worden A.Z., Armbrust E.V., Clark M.D., Bowler C., Green

B.R., Moulton V., van Oosterhout C., Grigoriev I.V. Evolutionary genomics of the cold-adapted diatom Fragilariopsis cylindrus // Nature. -2017. - Vol. 541, No. 7638. - P. 536-540.

64. Morgulis A., Gertz E.M., Schäffer A.A., Agarwala R. A fast and symmetric DUST implementation to mask low-complexity DNA sequences // Journal of Computational Biology. - 2006. - Vol. 13, Iss. 5. - P. 1028-1040.

65. Morozov A.A., Likhoshway Ye.V. Evolutionary history of the chitin synthases of eukaryotes // Glycobiology. - 2016. - Vol. 26, No. 6. - P. 635639.

66. Morozov A.A., Galachyants Y.P. Distant Joining: a sequence sampling method for complex phylogenies // Journal of Bioinformatics and Genomics. - 2017. - Vol. 3. - jbg.2017.3.5.3.

67. Morozov A.A., Bedoshvili Ye.D., Popova M.S., Likhoshway Ye.V. Novel subfamilies of actin-regulating proteins // Marine Genomics. - 2017. -doi:// 10.1016/j.margen.2017.10.001.

68. Moustafa A., Bestzeri B., Maier U.G., Bowler C., Valentin K., Bhattacharya D. Genomic footprints of a cryptic plastid endosymbiosis in diatoms // Science. - 2009. - Vol. 324, No. 5935. - P. 1724-1726.

69. Muller J., Oma Y., Vallar L., Friederich E., Poch O., Winsor B. Sequence and comparative genomic analysis of actin-related proteins // Molecular Biology of the Cell. - 2005. - Vol. 16, No. 12. - P. 5736-5748.

70. Muller J., Creevey C.J., Thompson J.D., Arendt D., Bork P. AQUA: Automated quality improvement for multiple sequence alignments // Bioinformatics. - 2010. - Vol. 26, Iss. 2. - P. 263-265.

71. Nelson D. M., Treguer P., Brzezinski M., Leynaert A., Queginer B. Production and dissolution of biogenic silica in the ocean: revised global estimates, comparison with regional data and relationship to biogenic sedimentation // Global Biogeochemical Cycles. - 1995. - Vol. 9, Iss. 3. -P. 359-372.

72. Parks M., Nakov T., Ruck E.C., Wickett N.J., Alverson A.J. Phylogenomics reveals an extensive history of genome duplications in diatoms (Bacillariophyta) // bioRxiv. - 2017. - doi://10.1101.181115.

73. Pellieux C., Desgeorges A., Pigeon C.H., Chambaz C., Yin H., Hayoz D. CapG, A Gelsolin Family Member Modulating Protective Effects of Unidirectional Shear Stress // The Journal of Biological Chemistry. - 2003.

- Vol. 278. - P. 29136-29144.

74. Quast C., Pruesse E., Yilmaz P., Gerken J., Schweer T., Yarza P., Peplies J., Glöckner F.O. The SILVA ribosomal RNA gene database project: improved data processing and web-based tools // Nucleic Acids Research. - 2012. -Vol. 41, Iss. D1. - P. D590-D596.

75. Qiu H., Yoon H.S., Bhattacharya D. Algal endosymbionts as vectors of horizontal gene transfer in photosynthetic eukaryotes // Frontiers in Plant Science. - 2013. - Vol. 4. - P. 366.

76. Pellieux C., Desgeorges A., Pigeon C.H., Chambaz C., Yin H., Hayoz D. CapG, A Gelsolin Family Member Modulating Protective Effects of Unidirectional Shear Stress // The Journal of Biological Chemistry. - 2003.

- Vol. 278. - P. 29136-29144.

77. Raven J.A., Waite A.M. The evolution of silification in diatoms: inescapable sinking and sinking as escape? // New Phytologist. - 2004. -Vol. 162, Iss. 1. - P. 45-61.

78. Ravin N.V., Galachyants Yu.P., Mardanov A.V., Beletsky A.V., Petrova D.P., Sherbakova T.A., Zakharova Yu.R., Likhoshway Ye.V., Skryabin K.G., Grachev M.A. Complete sequence of the mitochondrial genome of a diatom alga Synedra acus and comparative analysis of diatom mitochondrial genomes // Current Genetics. - 2010. - Vol. 56, Iss. 3 - P. 215-232.

79. Roncero C. The genetic complexity of chitin synthesis in fungi // Current Genetics. - 2002. - Vol. 41. - P. 367-378.

80. Round F.E. What characters define diatom genera, species and infraspecific taxa? // Diatom Research. - 1996. - Vol. 11, No. 1. - P. 203-218.

81. Ruiz-Herrera J., Gonzales-Prieto J.M., Ruiz-Medrano R. Evolution and phylogenetic relationships of chitin synthases from yeast and fungi // FEMS Yeast Research. - 2001. - Vol. 1. - P. 247-256.

82. Saitou N., Nei M. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees // Molecular Biology and Evolution. -1987. - Vol. 4, Iss. 4. - P. 406-425.

83. Sato S., Beakes G., Idei M., Nagumo T., Mann D.G. Novel sex cells and evidence for sex pheromones in diatoms // PLoS ONE. - Vol. 6, Iss. 10. -e26923

84. Schafer D.A., Weed S.A., Binns D., Karginov A.V., Parsons J.T., Cooper J.A. Dynamin 2 and cortactin regulate actin assembly and filament organisation // Current Biology. - 2002. - Vol. 12. - P. 1852-1857.

85. Shishlyannikov S. M., Zakharova Yu.R., Volokitina N.A., Mikhailov I.S., Petrova D.P., Likhoshway Ye.V. A procedure for establishing an axenic culture of the diatom Synedra acus subsp. radians (Kutz.) Skabitch. from Lake Baikal // Limnology and Oceanography: Methods. - 2011. - Vol. 9. -

P. 478-484.

86. Sievers F., Wilm A., Dineen D., Gibson T.J., Karplus K., Li W., Lopez R., McWilliam H., Remmert M., Söding J., Thompson J.M., Higgins D.G. Fast, scalable generation of high-quality protein multiple sequence alignments using Clustal Omega // Molecular Systems Biology. - 2011. -Vol. 7, Iss. 1. - P. 539.

87. Sims P.A., Mann D.G., Medlin L.K. Evolution of diatoms: insights from fossil, biological and molecular data // Phycologia. - 2006. - Vol. 45. - P. 361-402.

88. Smirnov S. L., Isern N.G., Jiang Z.G., Hoyt D.W., McKnight C.J. The isolated sixth gelsolin repeat and headpiece domain of villin bundle f-actin in the presence of calcium and are linked by a 40-residue unstructured sequence // ACS Biochemistry. - 2007. - Vol. 25. - P. 7488-7496.

89. Sonnhammer E.L., Hollich V. Scoredist: a simple and robust protein sequence distance estimator // BMC Bioinformatics. - 2005. - Vol. 27. - P. 108.

90. Sorhannus U. A nuclear-encoded small-subunit ribosomal RNA timescale for diatom evolution // Marine Micropaleontology. - 2007. - Vol. 65, Iss. 1. - P. 1-12.

91. Spielman S.J., Wilke C.O. Pyvolve: a flexible Python module for simulating sequences along phylogenies // PloS ONE. - 2015. - Vol. 10, Iss. 9. - e0139047.

92. Stamatakis A. RaxML version 8: A tool for phylogenetic analysis and post-analysis of large phylogenies // Bioinformatics. - 2014. - Vol. 30, Iss. 9. -P. 1312-1313.

93. Stiller J. W., Schreiber J., Yue J., Guo H., Ding Q., Huang J. The evolution of photosynthesis in chromist algae through serial endosymbioses // Nature Communications. - 2014. - Vol. 5. - 6764.

94. Sun H.Q., Kwiatkowska K., Wooten D.C., Yin H.L. Effects of CapG

overexpression on agonist-induced motility and second messenger generation // Journal of Cell Biology. - 1995. - Vol. 129, No. 1. - P. 147156.

95. Takasu H., Jun Goo Jee, Ohno A., Goda N., Fujiwara K., Tochio H., Shirakawa M., Hiroaki H. Structural characterization of the MIT domain from human Vps4b // Biochemical and Biophysical Research Communications. - 2005. - Vol. 334, Iss. 2. - P. 460-465.

96. Tanaka T., Maeda Y., Veluchamy A., Tanaka M., Abida H., Maréchal E., Bowler C., Muto M., Sunaga Y., Tanaka M., Yoshino T., Thaniguchi T., Fukuda Y., Nemoto M., Matsumoto M., Pui Shan Wong, Aburatani S., Fujibuchi W. Oil accumulation by the oleaginous diatom fistulifera solaris as revealed by the genome and transcriptome // The Plant Cell. - 2015. -Vol. 27, Iss. 1. - P. 162-176.

97. Tekaia F. Inferring orthologs: open questions and perspectives // Genomics Insights. - 2016. - Vol. 9. - P. 17-28.

98. Tesson B., Hildebrand M. Extensive and intimate association of the cytoskeleton with forming silica in diatoms: control over patterning on the meso- and microscale // PloS ONE. - 2010. - Vol. 5, Iss. 12. - e14300.

99. Thamatrakoln K. Comparative sequence analysis of diatom silicon transporter: toward a mechanistic model of silicon transport // The Journal of Physiology. - 2006. - Vol. 42. - P. 822-834.

100. Theriot E.C., Ashworth M., Ruck E., Nakov T., Jansen R.K. A preliminary multigene phylogeny of the diatoms (Bacillariophyta): challenges for future research // Plant Ecology and Evolution. - 2010. - Vol. 143, No. 3. -P. 278-296.

101. Tréguer P., Bowler C., Moriceau B., Dutkiewicz S., Gehlen M., Aumont O., Bittner L., Dugdale R., Finkel Z., Iudicone D., Jahn O., Guidi L., Lasbleiz M., Leblanc K., Levy M., Pondaven P. Influence of diatom diversity on the ocean biological carbon pump // Nature Geoscience. - Vol. 11. - P. 27-37.

102. Vachaspati P., Warnow T. ASTRID: Accurate Species-TRees from Internode Distances // BMC Genomics. - 2015. - Vol. 16 (Suppl. 10). -article id S3.

103. Van de Meene A.M.L., Pickett-Heaps J.D. Valve morphogenesis in the centric diatom Proboscia alata Sundstrom // Journal of Phycology. - 2002.

- Vol. 38. - P. 351-363.

104. Van Dongen S. Graph clustering by flow simulation (PhD thesis at Universiteit Utrecht). Enschede, 2000. - 175 p.

105. Vurture G. W., Sedlazek F.J., Nattestad M., Underwood C.J., Fang H., Gurtowski J., Schatz M.C. GenomeScope: Fast reference-free genome profiling from short reads // Bioinformatics. - 2016. - Vol. 33, Iss. 14. - P. 2202-2204.

106. Yost S.A., Marcotrigiano J. Viral precursor polyproteins: keys of regulation from replication to maturation // Current Opinion in Virology. - 2013. -Vol. 3, Iss. 2. - P. 137-142.

107. Zhou C., Mao F., Yin Y., Huang J., Gogarten J.P., Xu Y. AST: an Automated Sequence-Sampling Method for Improving the Taxonomic Diversity of Gene Phylogenetic Trees // PLoS ONE. - 2014. - Vol. 9, Iss. 6. - e98844.

108. Zakrzewski A.-C., Weigert A., Helm C., Adamski M., Adamska M., Bleidorn C., Raible F., Hausen H. Early divergence, broad distribution, and high diversity of animal chitin synthases // Genome Biology and Evolution.

- 2014. - Vol. 6, Iss. 2. - P. 316-325.