Добавить новость
smi24.net
News in English
Апрель
2023

The genetics of temperature adaptation: how does life thrive in extreme conditions?

0

The history of the Earth has been one of physical extremes—extreme atmospheric conditions, extreme chemical environments, and extreme temperatures. There was a time when the Earth was so hot all the water was vapor, and the first rain only fell once the planet cooled enough. Soon after, life emerged and through it all, life has found a way. Today life is found almost everywhere on Earth we have looked; it is difficult to find places where life does not exist. The remarkable ability of life to adapt to variable conditions is one of its defining characteristics. Of its many adaptations, the ability of life to adapt to varying temperatures is one of the most interesting. All of life relies on chemical reactions, which are by nature sensitive to temperature. And yet, life exists across a spectrum of temperatures, from the Antarctic ice shelf to the edges of submarine volcanoes. This begs the question, how does life adapt to different temperatures? To attempt to unravel this question, a research team, led by Paula Prondzinsky and Shawn Erin McGlynn of the Earth-Life Science Institute (ELSI) at Tokyo Institute of Technology, recently investigated a group of organisms called methanogens.

Figure 1. A microscopic picture of a methanogen

A 100x100 µm field of view of an aggregate of methane-producing microorganisms. Credit: Paula Prondzinsky

Methanogens are methane-producing, single-celled microorganisms that belong to a larger domain of "Archaea" (ancient, single-celled organisms that do not have cell nuclei and are thought to have been the predecessor to Eukaryotic cells). As a single physiological group, methanogens can thrive across a range of temperature extremes, from -2.5 ℃ to 122 ℃, making them ideal candidates to study temperature adaptation.

In this work, the researchers analysed and compared the genomes of different species of methanogens. They divided the methanogens into three groups based on the temperatures they thrived in—thermotolerant (high temperatures), psychrotolerant (low temperatures), and mesophilic (ambient temperatures). They then constructed a database of 255 genomes and protein sequences from a resource called the Genome Taxonomy Database. Next they obtained temperature data for 86 methanogens which are in laboratory collections from the Database of Growth TEMPeratures of Usual and Rare Prokaryotes. The result was a database which linked genome content to growth temperature.

After that, the researchers used a software called OrthoFinder to establish different orthogroups—sets of genes descended from a single gene present in the last common ancestor of the species under consideration. They then segregated these orthogroups into i) core (present in over 95% of the species), ii) shared (present in at least two species but in less than 95% of the organisms), and iii) unique (present only in a single species). Their analyses revealed that about one third of the methaogenic genome is shared across all species. They also found that the amount of shared genes between species decreases with increasing evolutionary distance.

Interestingly, the researchers found that thermotolerant organisms had smaller genomes and a higher fraction of core genome. These small genomes were also found to be more evolutionarily "ancient" than the genomes of psychrotolerant organisms. Since thermotolerant organisms were found in multiple groups, these findings indicate that the size of the genome is more reliant on temperature than on evolutionary history. They also suggest that as methanogen genomes evolved, they grew rather than shrank, which challenges the idea of "thermoreductive genome evolution," i.e., that organisms remove genes from their genomes as they evolve into higher temperature locations.

The researchers' analyses also showed that methanogens grow across this wide range of temperatures without many special proteins. In fact, most of the proteins encoded by their genomes were similar. This led them to consider the possibility of cellular regulation or finer scale compositional adaptations as the root cause of temperature adaptation. To investigate this, they looked into the composition of amino acids—the building blocks of proteins—in the methanogens.

They found that specific amino acids were enriched in particular temperature groups. They also found compositional differences in the amino acids pertaining to their proteome charge, polarity, and unfolding entropy—all of which affect protein structure, and thereby its ability to function. In general, they found that thermotolerant methanogens have more charged amino acids and functional genes for ion transport, which are not present in psychrotolerants. Whereas psychrotolerants organisms are enriched in uncharged amino acids and proteins related to cellular structure and motility. However, the researchers could not pinpoint specific functions shared by all members of a temperature group, suggesting that temperature adaptation is a gradual process which occurs in fine steps rather than requiring large scale changes.

Altogether, "This indicates that the very first methanogens, which evolved at a time when the conditions on the Earth were hostile to life, may have been similar to the organisms we find on present day Earth," explains Paula Prondzinsky. "Our findings could point toward traits and functions present in the earliest microbes, and even hold clues as to whether microbial life originated in hot or cold environments. We could extend this knowledge to understand how life could adapt to other kinds of extreme conditions, not just temperature, and even unravel how life on other planets could evolve."

Figure 2. The Antarctic landscape

The most cold-tolerant methanogens live in an Antarctic subglacial lake. Credit: Nickolya/Shutterstock.com

Figure 3. A hydrothermal vent system

The most heat-tolerant methanogens were found at a deep-sea hydrothermal vent site. Credit: NOAA

Reference

Authors :
Paula Prondzinsky1,2,*, Sakae Toyoda2, Shawn Erin McGlynn1,3,4,*
Title :
The methanogen core and pangenome: conservation and variability across biology's growth temperature extremes
Journal :
DNA Research
DOI :
Affiliations :
1Earth-Life Science Institute, Tokyo Institute of Technology
2Department of Chemical Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology
3Center for Sustainable Resource Science, RIKEN
4Blue Marble Space Institute of Science

* Corresponding authors' emails: prondzinsky@elsi.jp, mcglynn@elsi.jp

Further Information

Former Graduate Student Paula Prondzinsky

Earth-Life Science Institute (ELSI), Tokyo Institute of Technology

Email prondzinsky@elsi.jp

Contact

Director of Communications Thilina Heenatigala

Earth-Life Science Institute (ELSI), Tokyo Institute of Technology

Email thilinah@elsi.jp
Tel +81-3-5734-3163 / Fax +81-3-5734-3416








Игровые терминалы в ТЦ: союз ради будущего

118 лет назад, 25 июля 1907 года, Ставропольская психиатрическая больница приняла первых 47 пациентов

Мичков внесен в Книгу знаменитых людей Кунгура, сообщил директор кунгурского музея: «Никаких его трофеев в музее пока нет, к сожалению»

В мэрии назвали условия присвоения Элджею звания почётного жителя


Chat log from R20 of 2025: Richmond vs Collingwood

The Great Indian Kapil Show: Raghav Chadha reveals telling Parineeti Chopra to manifest he will never become the PM; says ‘Yeh jo bolti hai wo ulta hota hai’

Kolo Muani: Juventus prepare new offer but face Man United and Chelsea threat

UFC Abu Dhabi live blog: Shara Bullet vs. Marc-Andre Barriault


Как начать петь. Как начать петь песни. Как начать петь с нуля

Юный мотоциклист попал в больницу в результате аварии в центре Орла

422 л.с., полный привод: этот кроссовер стоит дешевле 3 млн рублей

Вечером в Орле сгорели два автомобиля


«Если бы у Наруто и AC Shadows был ребёнок»: Разбор англоязычной версии Where Winds Meet

Ninja Party можно предзаказать в мобильных маркетах с релизом в конце июля

Brütal Legend is free in honor of Ozzy Osbourne, but only for 666 minutes

Quarantine Zone creator reveals 3 reasons the zombie sim went viral on TikTok



Возобновлены прямые рейсы из Москвы в Пхеньян

Остался только страх. Пашинян хочет ударить по Москве, но "удавка" сдерживает

Потерянная библиотека, подземный город и бункер Сталина: какие секреты хранит Кремль

Адвокат Гаврилова раскрыла, чего добивается семья Тиммы после его смерти


MWM: Германия планирует наносить удары по Москве ракетами Tomahawk США

Экс-футболист «Зенита» отказался от перехода в «Спартак», пишут СМИ

Курс на мечту: «Национальная Лотерея» и РОЛЬФ вручили новый автомобиль победителю розыгрыша в честь запуска «Автомобильной лотереи «РОЛЬФ»

Прокуратура: инцидент со сбоем систем "Аэрофлота" в Шереметьево на контроле


Температура морской воды на крымских пляжах: 28 июля

Память Максима Горького увековечили в Сербии

В Екатеринбурге на видео сняли драку 30 мужчин на парковке

УК просят разрешить продавать долги граждан за ЖКУ


Александр Бублик выиграл 2-й подряд турнир ATP

Россиянин Сидоренко выиграл золото Универсиады в настольном теннисе

Калинская пробилась в полуфинал турнира в Вашингтоне.

Весной его дисквалифицировали за мат, а теперь он герой Универсиады. Кто такой Владимир Сидоренко?


Минсельхоз сохранил прогноз урожая зерновых на 2025 год

Тяжело ходить по лестнице и мыть голову: врач рассказала о неочевидных симптомах саркопении

День российско-словенской дружбы отметили у Русской часовни на перевале Вршич

Температура морской воды на крымских пляжах: 28 июля


Музыкальные новости

Владимир Высоцкий в виде цифрового аватара «выступит» в Москве

Распродавал дома оставил миллионный долг — что достанется родственникам Оззи Осборна и почему он избавлялся от недвижимости в США

Концерт Егора Крида перенесли из-за низких продаж билетов

Ресторан рэпера Басты откроют в Красноярске


Остался только страх. Пашинян хочет ударить по Москве, но "удавка" сдерживает

Семь воздушных судов 28 июля прилетают во Владивосток вне расписания

Возобновлены прямые рейсы из Москвы в Пхеньян

Адвокат Гаврилова раскрыла, чего добивается семья Тиммы после его смерти


Две Маши из калининградского «Локомотива» и пара из Кубы – победители этапа чемпионата России по пляжному волейболу в Барнауле

Лето в самом разгаре: смоленский филиал «Россети Центр» проводит занятия по электробезопасности в детских лагерях

Росгвардия и МЧС провели совместные учения в Москве

Путин вмазал по НАТО кувалдой. Угрозы Калининграду встали альянсу поперек горла


ДТП произошло на внешней стороне 26-го километра МКАД

НПС построит два велопешеходных моста через Москву-реку

Курс на мечту: «Национальная Лотерея» и РОЛЬФ вручили новый автомобиль победителю розыгрыша в честь запуска «Автомобильной лотереи «РОЛЬФ»

Канал, о котором мечтали несколько веков...


«Подводная лодка, демонтрированная Путину, произвела шок на Западе»

«Внезапно»: Запад встревожен новым указом Путина

Путин поздравил Жапарова с юбилеем подписания декларации о союзничестве.

Путин в День ВМФ прибыл на территорию Главного Адмиралтейства в Санкт-Петербурге


Приговор экс-руководителю компании по производству вакцин против ковида был смягчен.



Экс-директору института вакцин Маковскому смягчили приговор по делу о взятке

Ночные перекусы в отпуске: доктор Садыков о том, как они влияют на микрофлору и вес

Приговор экс-руководителю компании по производству вакцин против ковида был смягчен.

Кот-массажист получает 80 тысяч рублей: какую работу доверяют животным


Запад ударил Зеленского по самому больному месту – кошельку: Киев показательно лишили 1,5 миллиардов помощи

Кто заставил Зеленского предложить России новый раунд переговоров: В Британии показали пальцем

Зеленский настаивает: встреча с Путиным до конца августа с участием Европы

Киевский режим применил все 18 пакетов санкций ЕС


"Спартак" сделал предложение экс-игроку "Зенита" Артуру, но тот отказался

Сотрудники Росгвардии обеспечили безопасность футбольных матчей в Москве

Росгвардия обеспечила безопасность празднования Дня ВМФ и футбольного матча в Москве

В САРАТОВЕ ПРОДОЛЖАЕТСЯ МАСШТАБНАЯ ВСЕРОССИЙСКАЯ ВЕДОМСТВЕННАЯ АКЦИЯ «КАНИКУЛЫ С РОСГВАРДИЕЙ»


«Беларусь-1»: Лукашенко дал интервью одному из американских СМИ

Лукашенко получил приглашения от стран Латинской Америки и Азии для визитов.

Лукашенко дал интервью одному из американских СМИ


Собянин: На территории промзоны «Кирпичные улицы» будет создана социнфраструктура

Собянин в День работника МФЦ поздравил сотрудников центров госуслуг Москвы

Сергей Собянин назвал инновационные разработки, которые внедрили в Москве

Собянин поздравил работников центров госуслуг с профессиональным праздником


РИА: глава Минприроды Козлов летит первым авиарейсом Москва - Пхеньян

Почему технологии ПВВК безопасны и эффективны, химия и экология воды по мнению Алексея Горшкова

В Феодосии ликвидировали пожар на площади

Зачем Минприроды Свердловской области планирует организовать полигон отходов на участке, где идёт поиск питьевой воды?


Температура морской воды на крымских пляжах: 28 июля

И впрямь — зачем России Шпицберген?

Ядерный шантаж

«Кремль и лично президент Путин никак не смогут изменить это»: Индия разрывает отношения с Россией


70 участников СВО в Архангельске показали мотивацию выше госслужащих — Цыбульский

Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

В музее-заповеднике «Архангельское» пройдут «Jazzовые сезоны»

В Архангельске представили киноальманах «Север, я люблю тебя!» по произведениям современных писателей


Сколько пассажиров прибывают в Крым летом на поездах ежедневно

К парню с костылем подошли трое с требованием уступить. Он был готов, но заступилась бабушка по соседству

В Севастополе пройдет масштабная выставка картин Александра Дейнеки

Прогноз погоды в Крыму на 27 июля


В Екатеринбурге на видео сняли драку 30 мужчин на парковке

Прошла испытания система дистанционной передачи данных для корректировки навигационных карт

Ядерный шантаж

Температура морской воды на крымских пляжах: 28 июля














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *