Eugleniny - systematyka, filogeneza, ewolucja

Informacje o zespole

Pracownicy i studenci:

  • Aleksandra Bokus (studentka II roku studiów uzupełniających)
  • Michalina Komorowska (studentka II roku studiów uzupełniających)
  • Stanisław Antonowicz (student I roku studiów uzupełniających)
  • Julia Gołębiowska (studentka I roku studiów uzupełniających)
  • Gabriela Wilga (studentka I roku studiów uzupełniających)
  • Małgorzata Chwalińska (studentka III roku)


Tematyka badań

Głównym obiektem badań prowadzonych przez nasz zespół są fototroficzne eugleniny. Obecnie realizujemy cztery projekty badawcze finansowane przez Narodowe Centrum Nauki, dotyczące ewolucji i funkcji plastydów u glonów heterotroficznych oraz charakterystyki i ewolucji nietypowych intronów u euglenin. Oprócz tego prowadzimy badania nad różnorodnością bilogiczną euglenin z wykorzystaniem danych z sekwencjonowania środowiskowego (metabarkoding).


Sekwencjonowanie środowiskowe (metabarcoding) kluczem do poznania różnorodności biologicznej autotroficznych euglenin (Euglenida) (Opus 12, kierownik prof. Bożena Zakryś, opis projektu na stronie NCN)

Projekt obejmuje badania nad różnorodnością biologiczną euglenin występujących w środowiskach wodnych o różnej charakterystyce. Analizy opierają się głównie na danych metagonemicznych (metabarkoding) uzyskiwanych w procesie wysokoprzepustowego sekwencjonowania nowej generacji (NGS).


Ewolucja i funkcja plastydów bezbarwnych glonów z grupy Euglenophyta i Dictyochophyceae (Sonata 11, kierownik dr Anna Karnkowska, opis projektu na stronie NCN)

Projekt dotyczy ewolucji niefotosyntetyzujących plastydów u wolnożyjących glonów. Ma na celu odpowiedź na pytanie jakie są funkcje plastydów u bezbarwnych glonów, a co za tym idzie, po co zachowywane są zredukowane plastydy i ich genomy, jeżeli nie biorą udziału w fotosyntezie.


Ewolucja intronów w genach jądrowych euglenin (Opus 10, kierownik dr hab. Rafał Milanowski, opis projektu na stronie NCN)

W ramach projektu planowane jest poznanie sekwencji genomów jądrowych dwóch gatunków euglenin, Euglena longa i Euglena hiemalis, a następnie analiza obecnych w nich intronów różnych typów (rozmieszczenie, potencjalne zmiany typu, tempo i mechanizm nabywania nowych sekwencji intronowych).


Charakterystyka intronów niekonwencjonalnych w genach jądrowych euglenin (Opus 11, kierownik dr hab. Rafał Milanowski, opis projektu na stronie NCN)

Celem projektu jest scharakteryzowanie unikalnych dla Euglenozoa intronów niekonwencjonalnych, a przede wszystkim poznanie formy fizycznej usuniętych intronów, kolejności usuwania intronów różnych typów, czasu trwania splicigu niekonwencjonalnego i jego lokalizacji w komórce.




Tematyka prac dyplomowych

Przykładowe tematy zakończonych prac licencjackich:

  • Katarzyna Kerner (2018). Porównanie kolejności usuwania intronów dwóch typów z transkryptu genu gapC u Euglena gracilis i Euglena agilis.
  • Alicja Fells (2017). Ultrastruktura chloroplastu Cryptoglena skujae (Skuja) Marin i Melkonian.
  • Katarzyna Chaber (2017). Bioróżnorodność autotroficznych euglenin w zbiornikach wodnych na terenie miejscowości Baniocha i Łubna.
  • Michał Woźniak (2017). Bioróżnorodność autotroficznych euglenin w zbiornikach wodnych w okolicy Pruszkowa i Grodziska Mazowieckiego.
  • Marta Gapińska (2016). Weryfikacja taksonomiczna rodzaju Discoplastis Triemer na podstawie analiz morfologiczno-molekularnych.
  • Agata Gondek (2014). Poszukiwanie wspólnych elementów w strukturze drugorzędowej obszaru ITS2 u różnych przedstawicieli Euglenozoa.
  • Natalia Pałczyńska (2013). Rozmieszczenie intronów w genach tubA i tubB u Euglena gracilis.
  • Łukasz Łach (2013). Uzyskanie sekwencji 18S rDNA wybranych taksonów z rodzaju Trachelomonas Ehrenberg 1835 (Euglenaceae) wyizolowanych z prób środowiskowych.
  • Magorzata Korzeniecka (2011). Identyfikacja molekularna organizmów na podstawie krótkich sekwencji nukleotydowych (barkoding DNA) - poszukiwania najlepszego barkodu dla autotroficznych euglenin na przykładzie Euglena gracilis.
  • Karolina Świder (2011). Badania morfologiczne wybranych gatunków z rodzaju Phacus Dujardin (Euglenida).

Przykładowe tematy zakończonych prac magisterskich:

  • Paweł Hałakuc (2018). Tracing evolutionary changes in rRNA genes of Euglenozoa.
  • Agata Gondek (2015). Badanie wpływu substancji hamujących działanie spliceosomu ludzkiego na spliceosom Euglena gracilis.
  • Natalia Pałczyńska (2015). Rozmieszczenie intronów w genie gapC u Euglena agilis. Uzyskanie konstruktu do badania mechanizmów wycinania intronów niekonwencjonalnych u euglenin w systemie drożdżowym.
  • Agata Kulczycka (2015). Identyfikacja molekularna Euglena sanguinea.
  • Łukasz Łach (2015). Weryfikacja taksonomiczna kompleksu Lepocinclis ovum (Euglenophyceae) na podstawie analiz morfologiczno–molekularnych.
  • Katarzyna Piec (2014). Analiza intronów w genie hsp90 u Euglena agilis.
  • Magorzata Korzeniecka (2013). Ocena przydatności dwóch markerów molekularnych (cox1 i 18S rDNA) jako potencjalnych barkodów DNA dla autotroficznych euglenin (Euglenea).

Przykładowe publikacje

  • Karnkowska A., Bennett M.S., Triemer R.E. (2018). Dynamic evolution of inverted repeats in Euglenophyta plastid genomes. Scientific Reports 8: 16071 [pobierz plik pdf].
  • Gumińska N., Płecha M., Zakryś B., Milanowski R. (2018). Order of removal of conventional and nonconventional introns from nuclear transcripts of Euglena gracilis. PLoS Genet 14(10): e1007761 [pobierz plik pdf].
  • Gumińska N., Płecha M., Walkiewicz H., Hałakuc P., Zakryś B., Milanowski R. (2018). Culture purification and DNA extraction procedures suitable for next-generation sequencing of euglenids. J Appl Phycol 30: 3541–3549 [pobierz plik pdf].
  • Kulczycka A., Łukomska-Kowalczyk M., Zakryś M., Milanowski R. (2018). PCR identification of toxic euglenid species Euglena sanguinea. J Appl Phycol 30: 1759-1763 [pobierz plik pdf].
  • Zakryś B., Milanowski R., Karnkowska A. (2017). Evolutionary origin of Euglena. In: Schwartzbach S., Shigeoka S. (eds) Euglena: Biochemistry, Cell and Molecular Biology. Adv Exp Med Biol 979: 3-17.
  • Łukomska-Kowalczyk M., Karnkowska A., Krupska M., Milanowski R., Zakryś B. (2016). DNA barcoding in autotrophic euglenids: evaluation of COI and 18s rDNA. J Phycol 52(6): 951-960.
  • Milanowski R., Gumińska N., Karnkowska A., Ishikawa T., Zakryś B. (2016). Intermediate introns in nuclear genes of euglenids – are they a distinct type? BMC Evol Biol 16:49 [pobierz plik pdf].
  • Łukomska-Kowalczyk M., Karnkowska A., Milanowski R., Łach Ł., Zakryś B. (2015). Delimiting species in the Phacus longicauda complex (Euglenida) through morphological and molecular analyses. J Phycol 51: 1147-57.
  • Karnkowska A., Bennett M.S., Watza D., Kim J.I., Zakryś B., Triemer R.E. (2015). Phylogenetic relationships and morphological character evolution of photosynthetic euglenids (Excavata) inferred from taxon-rich analyses of five genes. J Eukaryot Microbiol 62: 362-373.
  • Milanowski R., Karnkowska A., Ishikawa T., Zakryś B. (2014). Distribution of conventional and non-conventional introns in tubulin (alpha and beta) genes of euglenids. Mol Biol Evol 31: 584-593 [pobierz plik pdf].
  • Zakryś B., Karnkowska-Ishikawa A., Łukomska-Kowalczyk M., Milanowski R. (2013). New photosynthetic euglenoid isolated in Poland: Euglenaria clepsydroides sp. nova (Euglenea). Eur J Phycol 48: 260-267.
  • Karnkowska-Ishikawa A., Milanowski R., Triemer R.E., Zakryś B. (2013). A rediscription of morphologically similar species from the genus Euglena: E. laciniata, E. sanguinea. E. sociabilis and E. splendens. J Phycol 49: 616-26.
  • Karnkowska-Ishikawa A., Milanowski R., Triemer E.R. and Zakryś B. (2012). Taxonomic revisions of morphologically similar species from two euglenoid genera: Euglena (E. granulata and E. velata) and Euglenaria (Eu. anabaena, Eu. caudata, Eu. clavata). J Phycol 48: 729-739.
  • Karnkowska-Ishikawa A., Milanowski R. and Zakryś B. (2011). The species Euglena deses (Euglenaceae) revisited: new morphological and molecular data. J Phycol 47: 653-61.
  • Linton E.W., Karnkowska-Ishikawa A., Kim J.I., Shin W., Bennett M., Kwiatowski J., Zakryś B. & Triemer E.R. (2010). Reconstructing Euglenoid Evolutionary Relationships using Three Genes: Nuclear SSU and LSU, and Chloroplast 16S rDNA Sequences and the description of Euglenaria gen. nov. (Euglenophyta). Protist 161: 603-619.
  • Karnkowska-Ischikawa A., Milanowski R., Kwiatowski J. & B. Zakryś (2010). Taxonomy of the Phacus oscilans and its close relatives - balancing morphological and molecular features. J Phycol 46: 172-182.
  • Kosmala S., Karnkowska-Ischikawa A., Milanowski R., Kwiatowski J. & B. Zakryś (2009). Phylogeny and Systematics of Euglena (Euglenaceae) species with axial, stellate chloroplasts based on morphological and molecular data - new taxa, emended diagnoses and epityfication. J Phycol 45: 464-481.
  • Kosmala S., Bereza M., Milanowski R., J. Kwiatowski & Zakryś B. (2007). Morphological and molecular examination of relationships and epitype establishment of Phacus pleuronectes, Phacus orbicularis and Phacus hamelii. J Phycol 43: 1071-1082.
  • Kosmala S., Milanowski R., Brzóska K., Pękala M., Kwiatowski J. & B. Zakryś (2007). Phylogeny and systematics of the genus Monomorphina(Euglenaceae) based on morphological and molecular data. J Phycol 43: 171-185.
  • Milanowski R., Kosmala S., B. Zakryś & J. Kwiatowski (2006). Phylogeny of photosynthetic euglenophytes based on combined chloroplast and cytoplasmic SSU rDNA sequence analysis. J Phycol 42: 721-730.
  • Kosmala S., Karnkowska A., Milanowski R., Kwiatowski J. & B. Zakryś (2005). The phylogenetic and taxonomic position of Lepocinclis fusca comb. nova (Euglena fusca) (Euglenaceae). Morphological and molecular justification. J Phycol 41: 1258-1267.
  • Zakryś B., Milanowski R., Kędzior M., Empel J., Borsuk P., Gromadka R. & J. Kwiatowski (2004). Genetic variability of Euglena agilis (Euglenaceae). Acta Soc Bot Pol 73: 305-309.
  • Brown P.J.P., Zakryś B. & M.A. Farmer (2003). Plastid morphology, ultrastructure, and development in Colacium and the loricate Euglenophytes (Euglenophyceae). J Phycol 39: 115-121.
  • Zakryś B., R. Milanowski, J. Empel, P. Borsuk, R. Gromadka & J. Kwiatowski (2002). Two different species of Euglena - E. geniculata and E. myxocylindracea (Euglenophyceae) are virtually, genetically and morphologically identical. J Phycol 38: 1190-1199.
  • Zakryś B., J. Jaume-Sanchez & P.L. Walne (2001). Chloroplast ultrastructure of Euglena cantabrica Pringsheim, E. cuneata Pringsheim, E. deses Ehrenberg, E. mutabilis Schmith (Euglenophyceae): Taxonomic significance. Acta Protozoologica 40: 161-167.
  • Milanowski R., B. Zakryś & J. Kwiatowski (2001). Phylogenetic analysis of chloroplast small subunit rRNA genes of the genus Euglena Ehrenberg. Int J Syst Evol Microbiol 51: 783-791.


Eugleniny - charakterystyka grupy

phacus

Eugleniny (Euglenida; polska nazwa: klejnotki) są bardzo starą ewolucyjnie grupą organizmów eukariotycznych zaliczaną do supergrupy Excavata, gdzie razem z heterotroficznymi wiciowcami Kinetoplastea, Diplonemea i Symbiontida tworzy grupę Euglenozoa. Większość znanych gatunków to bezbarwne formy heterotroficzne, pozostałe gatunki to fotosyntetyzujące eugleniny zielone, tworzące jedną linię monofiletyczną. Wspólny przodek wszystkich euglenin zielonych (euglenina heteretroficzna) nabył chloroplast w wyniku wtórnej endosymbiozy z zielenicą, najprawdopodobniej z rodzaju Pyramimonas (Prasinophyceae). Klejnotki fototroficzne są pospolitymi glonami zamieszkującymi głównie niewielkie, eutroficzne zbiorniki wody słodkiej. Przedstawiciele tej grupy występują na wszystkich kontynentach, a zdecydowana większość gatunków jest kosmopolityczna; niektóre gatunki tworzą zakwity toksyczne dla ryb i innych organizmów wodnych.

Euglena clavata Eugleniny różnią się od innych uwicionych protistów kilkoma unikalnymi cechami, takimi jak obecność okrywy zwanej peryplastem, budowa rynienki pokarmowej, typ materiału zapasowego (paramylon), a w przypadku euglenin zielonych obecność trzech błon otaczających chloroplasty. Jak dotąd nie stwierdzono u nich rozmnażania płciowego, ani żadnego mechanizmu wymiany informacji genetycznej między osobnikami. Nietypowy jest także podział mitotyczny - w jego trakcie nie zanika otoczka jądrowa i nie powstaje wrzeciono kariokinetyczne, a chromosomy pozostają częściowo skondensowane w trakcie całej interfazy.

Najlepiej poznaną klejnotką jest Euglena gracilis - gatunek modelowy w badaniach nad procesem fotosyntezy, foto-, chemo- i geotaksją oraz regulacją działania kanałów jonowych. Gatunek ten wykorzystuje się w testowaniu antybiotyków skierowanych przeciwko chorobotwórczym wiciowcom; używa się go również jako bioindykatora. Badane są także przeciwnowotworowe właściwości paramylonu - materiału zapasowego E. gracilis i innych euglenin. Klejnotki są bardzo obiecującą grupą dla przemysłu biotechnologicznego. Suplementy diety bazujące na związkach produkowanych przez eugleniny stają się coraz popularniejsze na całym świecie, zwłaszcza w Japoni. Bada się także ich przydatność w produkcji związków wykorzystywanych w innych gałęziach przemysłu farmaceutycznego a także w przemyśle kosmetycznym czy energetycznym.

Phacus orbicularis Nieliczne są informacje na temat organizacji jądrowego materiału genetycznego u euglenin. W przypadku genomu jądrowego E. gracilis zaobserwowano jednak kilka nietypowych rozwiązań: geny kodujące rRNA znajdują się na pozochromosomalnych, kolistych cząsteczkach występujących w komórce w setkach-tysiącach kopii. Co więcej, nie ma genu kodującego jedną, długą cząsteczkę 28S rRNA - powstaje 13 krótkich cząsteczek będących jej ekwiwalentem - odziaływują one ze sobą tworząc strukturę drugorzędową, analogiczną do struktury 28S rRNA u innych organizmów. Kolejną niespotykaną w genomach innych organizmów cechą jest obecność nietypowych intronów, nieposiadających konserwowanych złączy (jakkolwiek typowe introny spliceosomalne z konserwoawanymi złączami również występują). Introny te tworzą stabilną strukturę drugorzędową na poziomie RNA, zbliżającą ich końce oraz końce sąsiadujących eksonów. Niestety, dokładny mechanizm ich usuwania nie został dotychczas poznany. Wydaje się, że inrony niekonwencjonalne euglenin są kolejną grupą ruchomych elementów genetycznych, które są wstawiane bardzo często w nowych pozycjach genomów jądrowych.

Jeszcze mniej wiadomo na temat genomów mitochondrialnych u euglenin - ich struktura jest również wyjątkowa. Dotychczasowe badania wskazują, że na mitochondrialny genom E. gracilis składają się bardzo liczne, krótkie cząsteczki DNA głównie w formie liniowej.

Lepocinclis spirogyroides U euglenin najlepiej poznane są genomy chloroplastowe. Znane są ich całkowite sekwencje u kilkunastu gatunków. Również w tych genomach stwierdzono występowanie nietypowych rozwiązań. Występują w nich introny dwóch typów: samowycinające się introny grupy II i III. U E.gracilis stanowią one aż 40% długości całego genomu. Introny grupy III są charakterystyczne tylko dla euglenin. W genach chloroplastowych obecne są też tzw. twintrony, czyli introny w intronach.