By 
Особливий фотосинтетичний механізм характеризує одноклітинний організм, присутній у цвітінні водоростей. Які клітинні механізми в одноклітинних морських водоростях відповідають за ініціювання токсичного цвітіння водоростей? Дослідницька група під керівництвом мікробіолога професора доктора Ральфа Рабуса з Університету Ольденбурга, Німеччина, провела перший детальний аналіз незвичайної клітинної біології Prorocentrum cordatum, широко поширеного у всьому світі виду групи динофлагелят, використовуючи як передову мікроскопію, так і підходи протеоміки.
Як повідомляє команда дослідників у науковому журналі Plant Physiology , процес фотосинтезу в цих мікроорганізмах організований у незвичній конфігурації, яка може допомогти їм краще адаптуватися до мінливих умов освітлення в океанах. Результати дослідження можуть сприяти кращому розумінню випадків шкідливого цвітіння водоростей, яке може почастішати через зміну клімату.
Динофлагелляти є важливими організмами як у морських, так і в прісноводних екосистемах. Ці одноклітинні організми складають значну частку вільноживучого фітопланктону, який утворює основу харчової мережі в океанах і озерах. Деякі види, включаючи Prorocentrum cordatum, можуть розмножуватися в теплих, багатих поживними речовинами водах і утворювати шкідливе цвітіння водоростей.
«Ми вивчали цей організм, тому що, незважаючи на його екологічну важливість, його клітинна біологія та метаболічна фізіологія все ще погано вивчені», — сказав Рабус. Окрім вивчення фотосинтезу мікроводоростей, дослідники також досліджували структуру їх клітинних ядер та їх реакцію на тепловий стрес у співпраці з командами з університетів Ганновера, Брауншвейга та Мюнхена та виклали результати у двох інших нещодавно опублікованих статтях. .
Передові методи візуалізації виявляють унікальні клітинні структури
Використовуючи потужний скануючий електронний мікроскоп зі сфокусованим пучком іонів у Мюнхенському університеті Людвіга-Максиміліана, команда під керівництвом Рабуса та провідного автора Яни Калвелаге з Інституту хімії та біології морського середовища (ICBM) змогла реконструювати три -просторова архітектура хлоропластів, де відбувається фотосинтез. Вчені змогли створити близько 600 шарів зображення однієї клітини водоростей, а потім об’єднати розділи, щоб створити тривимірне просторове зображення високої роздільної здатності одноклітинних організмів овальної форми, розмір яких зазвичай становить від 10 до 20 тисячних частинок. довжиною в міліметр. Аналіз показав, що Prorocentrum cordatum має лише один бочкоподібний хлоропласт, який займає 40 відсотків об’єму клітини.
Потім протеомний (білковий) аналіз виявив помітні відмінності між фотосинтетичним апаратом мікроводоростей і Arabidopsis thaliana, добре вивченої модельної рослини в генетичних дослідженнях. В обох видів фотосинтез відбувається в складних білкових структурах, вбудованих у розгалужену мембранну систему хлоропласта.
Проте в Prorocentrum cordatum команда помітила, що перетворення сонячної енергії в біохімічну відбувається в одній великій структурі, що складається з численних білків, відомих як «мегакомплекс», тоді як у хлоропластах видів рослин різні етапи фотосинтезу виникають у просторово розділених структурах. Команда також повідомила, що P. cordatum використовує велику кількість різних білків, що зв’язують пігмент, для ефективного захоплення сонячної енергії. «Це різноманіття є особливою адаптацією до мінливих умов освітлення, яким організм піддається в океанах», — пояснив Рабус.
Дослідження генетичної складності та адаптивності
Два інших дослідження, опублікованих минулого року, підкреслюють незвичайну біологію мікроводоростей: у першому німецько-австралійська команда, до якої також входили дослідники ICBM, виявила, що організми мають дуже великий геном з удвічі більшою кількістю пар основ, ніж у людини. Команда також виявила, що водорості змінюють свій метаболізм і швидкість їхнього росту сповільнюється у відповідь на тепловий стрес. У другій публікації команда на чолі з Рабусом і Калвелажем описала ядро клітини більш детально, повідомляючи, що P. cordatum має 62 хромосоми, незвичайно велику кількість, яка заповнює майже все ядро клітини. Команда зауважила, що функція значної частини ядерних білків, ідентифікованих дослідниками, наразі невідома.
«Ми дослідили, як ці важливі мікроводорості функціонують на молекулярному рівні. Ці висновки є основою для кращого розуміння його ролі в навколишньому середовищі», – підкреслив Рабус. Подальші дослідження можуть дати відповіді на такі питання, як метаболізм організму реагує на інші фактори стресу, і чому вид здатний адаптуватися до такого широкого діапазону умов навколишнього середовища, від умов тропіків до умов помірного клімату, пояснив він.
Comments