Реконструирование ранней эволюции эукариот путем исследований гетеротрофных одноклеточных

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-14-00239

НазваниеРеконструирование ранней эволюции эукариот путем исследований гетеротрофных одноклеточных

Руководитель Тихоненков Денис Викторович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина Российской академии наук , Ярославская обл

Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-101 - Зоология

Ключевые слова простейшие, протисты, Protista, гетеротрофные жгутиконосцы, ультраструктура клеток, молекулярная филогения, эволюция эукариот, биоразнообразие

Код ГРНТИ34.33.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Реконструирование древа жизни является интереснейшей и крайне сложной задачей, поскольку о длительной эволюционной истории с момента возникновения живых организмов зачастую остались едва различимые филогенетические сигналы, которые мы можем попытаться восстановить в настоящее время. Предлагаемый проект направлен на решение фундаментальной проблемы начальной радиации, филогении и эволюции трех важнейших супергрупп эукариотических организмов Opisthokonta, SAR и Archaeplastida путем геномных и морфологических исследований гетеротрофных жгутиконосцев, представляющих собой анцестральные филогенетические линии эукариотического древа. Последние исследования, в том числе работы нашего коллектива, показывают, что гетеротрофные, особенно, хищные жгутиконосцы все еще чрезвычайно плохо исследованы, но нередко представляют собой важнейшие, глубоко ветвящиеся линии эукариот. Сиквенсы их генов часто формируют одиночные ветви, сестринские крупным кластерам на молекулярно-филогенетическом древе эукариот. Такие протисты обладают уникальной морфологией, медленно эволюционирующими ядерными белками и наиболее полными наборами митохондриальных генов, представляя, по сути, новые таксоны уровня царства. Обнаружения новых базальных линий протистов помогают раскрыть происхождение и раннюю эволюцию важнейших групп эукариот. Морфологические и филогеномные исследования неизвестных (или слабоизученных) протистов, представляющих такие анцестральные линии, имеют особую актуальность. Они открывают новые подходы к решению таких актуальных задач, как выявление корня филогенетического древа всех эукариотных организмов (и, соответственно, определения общей направленности эволюции эукариот), а также реконструкции гипотетического предка всех эукариотических организмов. Построение глобальной филогении эукариот с учетом обнаруженных и изучаемых нами малочисленных групп хищных жгутиконосцев внесет существенный вклад в понимание путей эволюции и возникновения уникальных клеточных и геномных инноваций в трех указанных суперкластерах, а также затронет такие общебиологические проблемы, как возникновение и становление многоклеточности, паразитизма, преобразования организации и метаболизма клетки в зависимости от автотрофного, хищного или паразитического образа жизни. В ходе предыдущих исследований нами были обнаружены и выделены в клональные культуры новые виды жгутиконосцев, ранее неизвестных науке, и являющихся глубокими филогенетическими ветвями разных супергрупп эукариот. Данные находки позволяют нам сформулировать основные задачи проекта: 1) изучение ранней филогении Holozoa (Opisthokonta), а также морфологических и геномных преобразований у одноклеточных, играющих ключевую роль в происхождении и становлении многоклеточности у животных; 2) изучение обнаруженной нами группы жгутиконосцев, дающих сестринскую ветвь красным водорослям (Archaeplastida), прояснение их происхождения и связанной с этим проблемы возникновения простых пластид у эукариот; 3) решение проблемы филогенетического положения телонемид (Telonemia), прояснение ранней радиации всего суперкластера SAR, включающего порядка 100 тысяч важнейших для биосферы видов, а также организации клетки его гипотетического предка. Кроме того, планируется продолжить поисковые работы, направленные на выделение из природных экосистем новых гетеротрофных протистов из различных таксономических групп и их морфологическое и геномное исследование. По мнению авторов проекта, поставленные задачи и ожидаемые результаты обладают безусловной новизной, существенной научной значимостью и масштабностью и полностью соответствуют современному мировому уровню работ в данной бурно развивающейся области. В результате совместного применения молекулярного и ультраструктурно-морфологического подходов к изучению филогении, будут получены принципиально новые данные, (1) раскрывающие ранние этапы эволюции супергрупп SAR, Opisthokonta и Archaeplastida; (2) ведущие к ревизии глобального эволюционного древа всех эукариот и установлению его корня; (3) показывающие пути возникновения и развития уникальных клеточных и геномных инноваций, приведших к становлению многоклеточности, фотосинтеза, паразитизма и преобразованиям организации и метаболизма клетки в зависимости от автотрофного, хищного или паразитического образа жизни. Для выполнения проекта будут использованы самые современные методы секвенирования, биоинформатики и филогенетики в сочетании с классическими методами световой и электронной микроскопии, а также наши оригинальные и усовершенствованные методы выделения и культивирования хищных жгутиконосцев, которые позволили получить ранее неизвестных и отсутствующих в мировых коллекциях протистов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Эрвэн Н.А.Т., Тихоненков Д.В., Хехенбергер Э., Мыльников А.П., Бурки Ф., Килинг П.Дж. Phylogenomics supports the monophyly of the Cercozoa Molecular Phylogenetics and Evolution, V. 130. P. 416-423 (год публикации - 2019)
10.1016/j.ympev.2018.09.004

2. Гаврилюк Р.*, Тихоненков Д.*, Хехенбергер Э., Хусник Ф., Мыльников А., Килинг П. * - равный вклад Non-photosynthetic predators are sisters to red algae Science (год публикации - 2019)

3. Штрассерт Ю., Джами М., Мыльников А., Тихоненков Д., Бурки Ф. New phylogenomic analysis of the enigmatic phylum Telonemia further resolves the eukaryote tree of life Molecular biology and evolution (год публикации - 2019)

4. Мыльников А.П., Вилезих К. Electron Microscopical Studies on Ministeria vibrans Tong, 1997 (Filastrea) Reveal Rare Presence of Reduced Kinetosomes but no Flagellum Protist (год публикации - 2019)

5. Прокина К.И., Загуменный Д.Г., Тихоненков Д.В. Morphology of Centrohelid Heliozoa (Centrohelea Kühn, 1926) from different type freshwater bodies in the Middle Russian forest- steppe Acta Protozoologica (год публикации - 2019)

6. Прокина К.И., Турбанов И.С., Тихоненков Д.В., Мыльников А.П. Free-living heterotrophic flagellates from bays of Sevastopol (the Black Sea littoral) Protistology, V.12. No 4. (год публикации - 2018)

7. Прокина К.И., Загуменный Д.Г., Мыльников А.П. Marine Centrohelid Heliozoa (Centrohelea Kühn, 1926) from bays of Sevastopol (the Black Sea littoral) Russian journal of marine biology (год публикации - 2019)

8. Тихоненков Д., Янушковеч Я., Михайлов К.В., Бурки Ф., Мыльников А., Килинг П. Newly identified lineage of eukaryotes with five discovered representatives and early mitochondrial genome reduction Abstracts of the 5th joint meeting of the Phycological Society of America & International Society of Protistologists. July 29th–August 2nd, 2018. University of British Columbia, Vancouver, Canada., P.85-86 (год публикации - 2018)

9. Радайкина Л.В., Мыльников А.П., Бурки Ф., Тихоненков Д.В. Morphology and phylogenetic position of new centrohelid heliozoans from Russia and Mongolia Abstracts of the 5th joint meeting of the Phycological Society of America & International Society of Protistologists. July 29th–August 2nd, 2018. University of British Columbia, Vancouver, Canada., P. 116-117 (год публикации - 2018)

10. Прокина К.И., Радайкина Л.В., Загуменный Д.Г., Тихоненков Д.В. Diversity, morphology and phylogenetic placement of centrohelid heliozoans from different-type freshwater and marine habitats Abstracts of the XXII Meeting of the International Society for Evolutionary Protistology, 27.05 – 02.06. 2018. Cyprus (год публикации - 2018)

11. Гаврилюк Р.М.*, Тихоненков Д.В.*, Хехенбергер Е., Хусник Ф., Мыльников А.П., Килинг П. *-равный вклад Non-photosynthetic predators are sister to red algae Nature, V. 572. P. 240–243. (год публикации - 2019)
10.1038/s41586-019-1398-6

12. Мыльников А.П., Тихоненков Д.В., Карпов С.А., Вилезих К. Microscopical Studies on Ministeria vibrans Tong, 1997 (Filasterea) Highlight the Cytoskeletal Structure of the Common Ancestor of Filasterea, Metazoa and Choanoflagellata Protist, Volume 170, Issue 4, Pages 385-396 (год публикации - 2019)
10.1016/j.protis.2019.07.001

13. Прокина К.И., Загуменный Д.Г., Мыльников А.П. Marine centrohelid heliozoans (Centroplasthelida Febvre-Chevalier et Febvre, 1984) from bays of Sevastopol (the Black Sea shore) Russian journal of marine biology, V. 45. №5. P. 377–384. (год публикации - 2019)
10.1134/S1063074019050092

14. Эрвэн Н.А.Т., Тихоненков Д.В., Хехенбергер Э., Мыльников А.П., Бурки Ф., Килинг П.Дж. Phylogenomics supports the monophyly of the Cercozoa Molecular Phylogenetics and Evolution, V. 130. P. 416-423 (год публикации - 2019)
10.1016/j.ympev.2018.09.004

15. Штрассерт Ю., Джами М., Мыльников А., Тихоненков Д., Бурки Ф. New phylogenomic analysis of the enigmatic phylum Telonemia further resolves the eukaryote tree of life Molecular biology and evolution, V 36 (4). P. 757-765 (год публикации - 2019)
10.1093/molbev/msz012

16. Прокина К.И., Загуменный Д.Г., Тихоненков Д.В. Centrohelid Heliozoans (Centroplasthelida Febvre-Chevalier et Febvre, 1984) from Different Types of Freshwater Bodies in the Middle Russian Forest-steppe Acta Protozoologica, Volume 57, Issue 4, P. 245–266 (год публикации - 2018)
10.4467/16890027AP.18.018.10094

17. Тихоненков Д.В., Хехенбергер Е., Есаулов А.С., Белякова О.И., Мазей Ю.А., Мыльников А.П., Килинг П. Insights into the origin of metazoan multicellularity from predatory unicellular relatives of animals BMC Biology (год публикации - 2020)

18. Бутенко А., Оппердоз Ф.Р., Флегонтова О., Хорак А., Хампль В., Килинг П., Гаврилюк Р.М., Тихоненков Д.В., Флегонтов П., Люкеш Ю. Evolution of metabolic capabilities and molecular features of diplonemids, kinetoplastids and euglenids BMC Biology (год публикации - 2020)

19. Тихоненков Д., Гаврилюк Р., Хехенбергер Е., Хусник Ф., Мыльников А., Килинг П. A novel lineage of predatory protists sheds light on the origin of photosynthetic eukaryotes: a morphological perspective VIII European Congress of Protistology – ISOP joint meeting. Rome, Italy, 28 July–2 August 2019. Abstracts Book., P. 46 (год публикации - 2019)

20. Прокина К.И., Филиппов Д.А. Гетеротрофные жгутиконосцы болот Вологодской области Материалы XI Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых по проблемам водных экосистем. Севастополь, 23–27 сентября 2019, С. 54–56. (год публикации - 2019)
10.21072/978-5-6042938-2-9

21. Загумённый Д.Г. Центрохелидные солнечники (Protista: Centroplasthelida) бассейнов Дона, Днепра и Волги Материалы XI Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых по проблемам водных экосистем. Севастополь, 23–27 сентября 2019, C. 24-25 (год публикации - 2019)
10.21072/978-5-6042938-2-9

22. Тихоненков Д.В., Михайлов К.В., Хехенбергер Е., Карпов С.А., Прокина К.И., Есаулов А.С., Белякова О.И., Мазей Ю.А., Мыльников А.П., Алешин В.В., Килинг П.Д. New Lineage of Microbial Predators Adds Complexity to Reconstructing the Evolutionary Origin of Animals Current Biology, Volume 30, Issue 22, Pages 4500-4509 (год публикации - 2020)
10.1016/j.cub.2020.08.061

23. Тихоненков Д.В., Хехенбергер Е., Есаулов А.С., Белякова О.И., Мазей Ю.А., Мыльников А.П., Килинг П. Insights into the origin of metazoan multicellularity from predatory unicellular relatives of animals BMC Biology, 18, 39 (год публикации - 2020)
10.1186/s12915-020-0762-1

24. Загуменный Д.Г., Прокина К.И., Тихоненков Д.В. First findings of сentrohelid heliozoans (Haptista: Centroplasthelida) from marine and freshwater environments of South Korea Protistology, 14 (4) (год публикации - 2020)
10.21685/1680-0826-2020-14-4-4

25. Тихоненков Д.В., Гаврилюк Р.М., Мыльников А.П., Килинг П.Д. First finding of free-living representatives of Prokinetoplastina and their nuclear and mitochondrial genomes Scientific Reports (год публикации - 2021)

Публикации