Adaptation to Extreme Antarctic Environments Revealed by the Genome of a Sea Ice Green Alga

生物 极端环境 基因组 衣原体 光防护 适应(眼睛) 海冰 嗜冷菌 基因 转录组 进化生物学 生态学 遗传学 植物 光合作用 基因表达 海洋学 神经科学 细菌 突变体 地质学
作者
Zhenhua Zhang,Changfeng Qu,Kaijian Zhang,Yingying He,Xing Zhao,Lingxiao Yang,Zhou Zheng,Xiaoya Ma,Xixi Wang,Wenyu Wang,Kai Wang,Dan Li,Liping Zhang,Xin Zhang,Danyan Su,Xin Chang,Mengyan Zhou,Dan Gao,Wenkai Jiang,Frédérik Leliaert
出处
期刊:Current Biology [Elsevier BV]
卷期号:30 (17): 3330-3341.e7 被引量:72
标识
DOI:10.1016/j.cub.2020.06.029
摘要

The unicellular green alga Chlamydomonas sp. ICE-L thrives in polar sea ice, where it tolerates extreme low temperatures, high salinity, and broad seasonal fluctuations in light conditions. Despite the high interest in biotechnological uses of this species, little is known about the adaptations that allow it to thrive in this harsh and complex environment. Here, we assembled a high-quality genome sequence of ∼542 Mb and found that retrotransposon proliferation contributed to the relatively large genome size of ICE-L when compared to other chlorophytes. Genomic features that may support the extremophilic lifestyle of this sea ice alga include massively expanded gene families involved in unsaturated fatty acid biosynthesis, DNA repair, photoprotection, ionic homeostasis, osmotic homeostasis, and reactive oxygen species detoxification. The acquisition of multiple ice binding proteins through putative horizontal gene transfer likely contributed to the origin of the psychrophilic lifestyle in ICE-L. Additional innovations include the significant upregulation under abiotic stress of several expanded ICE-L gene families, likely reflecting adaptive changes among diverse metabolic processes. Our analyses of the genome, transcriptome, and functional assays advance general understanding of the Antarctic green algae and offer potential explanations for how green plants adapt to extreme environments.
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