Микроводоросль с необычной клеточной биологией поможет понять вредоносное цветение воды

Исследовательская группа под руководством микробиолога профессора Ральфа Рабуса из Ольденбургского университета (Германия) впервые провела детальный анализ необычной клеточной биологии Prorocentrum cordatum — широко распространённого вида динофлагеллят. Учёные использовали передовые методы микроскопии и протеомики.

Как сообщает команда в журнале Plant Physiology, процесс фотосинтеза у этих микроорганизмов организован в необычной конфигурации, что может помогать им лучше адаптироваться к меняющимся условиям освещённости в океанах. Результаты исследования могут улучшить понимание механизмов вредоносного цветения водорослей, частота которого, возможно, растёт из-за изменений климата.

Динофлагелляты играют важную роль в морских и пресноводных экосистемах. Эти одноклеточные организмы составляют значительную часть свободноживущего фитопланктона, который является основой пищевой цепи. Некоторые виды, включая Prorocentrum cordatum, могут бурно размножаться в тёплых, богатых питательными веществами водах, образуя вредоносное цветение.

«Мы изучаем этот организм, потому что, несмотря на его экологическую значимость, его клеточная биология и метаболическая физиология всё ещё плохо изучены», — отметил Рабус.

С помощью мощного сканирующего электронного микроскопа с фокусированным ионным пучком в Университете Людвига-Максимилиана в Мюнхене команде удалось реконструировать трёхмерную архитектуру хлоропластов, где происходит фотосинтез. Учёные создали около 600 снимков-слоёв одной клетки водоросли и объединили их в трёхмерное высокодетализированное изображение. Анализ показал, что у Prorocentrum cordatum всего один бочкообразный хлоропласт, занимающий 40% объёма клетки.

Протеомный анализ выявил заметные различия между фотосинтетическим аппаратом микроводоросли и у хорошо изученного модельного растения Arabidopsis thaliana. У P. cordatum преобразование солнечной энергии в биохимическую происходит в единой крупной структуре, состоящей из множества белков — «мегакомплексе». В то время как у растений разные этапы фотосинтеза проходят в пространственно разделённых структурах.

Кроме того, P. cordatum использует большое количество различных пигмент-связывающих белков для эффективного улавливания солнечной энергии. «Это разнообразие — особая адаптация к меняющимся световым условиям в океане», — пояснил Рабус.

Другие исследования, опубликованные в прошлом году, также подчёркивают необычную биологию этой микроводоросли:

1. Немецко-австралийская команда обнаружила, что организм обладает очень большим геномом (вдвое больше, чем у человека), меняет метаболизм и замедляет рост в ответ на тепловой стресс.
2. В статье в mSphere команда Рабуса описала, что P. cordatum имеет 62 хромосомы — необычно высокое число, заполняющее почти всё клеточное ядро. Функция большой части идентифицированных ядерных белков пока неизвестна.

«Мы исследовали, как функционирует эта важная микроводоросль на молекулярном уровне. Эти данные формируют основу для лучшего понимания её роли в окружающей среде», — подчеркнул Рабус. Дальнейшие исследования могут дать ответы на вопросы о реакции метаболизма организма на другие стресс-факторы и причинах его способности адаптироваться к широкому спектру условий — от тропиков до умеренного климата.