Jump to content

Наннохлоропсис

Наннохлоропсис
Наннохлоропсис под световым микроскопом
Научная классификация Изменить эту классификацию
Домен: Эукариоты
Клэйд : потогонные средства
Клэйд : САР
Клэйд : Страменопилес
Тип: Гириста
Подтип: Охрофитина
Сорт: Эустигматофицеи
Заказ: Эустигматальные
Семья: Монодопсидовые
Род: Наннохлоропсис
DJ Хибберд, 1981 г. [1]
Типовой вид
Наннохлоропсис глазчатый
(Друп, 1955) Хибберд, 1981

Наннохлоропсис род водорослей , включающий шесть известных видов . Род в современной таксономической классификации впервые был назван Хиббердом (1981). [2] Этот вид в основном известен из морской среды, но также встречается в пресной и солоноватой воде. [3] Все виды представляют собой небольшие неподвижные шарики, не имеющие каких-либо четких морфологических особенностей, различимых ни с помощью световой , ни с помощью электронной микроскопии . Характеристика в основном осуществляется с помощью гена rbcL и анализа последовательности 18S рРНК . [4]

Водоросли рода Nannoхлоропсис отличаются от других родственных микроводорослей тем, что у них есть хлорофилл а и полностью отсутствуют хлорофилл b и хлорофилл с . Кроме того, они способны накапливать высокие концентрации ряда пигментов, таких как астаксантин , зеаксантин и кантаксантин . [5] Их диаметр составляет около 2–3 микрометров. [6] и очень простая ультраструктура с уменьшенным количеством структурных элементов по сравнению с соседними таксонами.

Наннохлоропсис считается перспективной водорослью для промышленного применения из-за ее способности накапливать высокие уровни полиненасыщенных жирных кислот . [7] [8] Более того, он демонстрирует многообещающие свойства, которые могут позволить проводить генетические манипуляции, направленные на генетическое улучшение существующих маслянистых штаммов . Различные виды Nannoхлоропсиса действительно трансфекционны , и есть доказательства того, что некоторые штаммы способны осуществлять гомологичную рекомбинацию. [9] В настоящее время он в основном используется как богатый энергией источник пищи для личинок рыб и коловраток . Тем не менее, это вызвало растущий интерес к исследованию производства биотоплива из фотосинтезирующих организмов . (см. Наннохлоропсис и биотопливо ). Наннохлоропсис фактически используется в качестве пищевой добавки для питания человека, а также его подают в ресторане «A Poniente» в Эль-Пуэрто-де-Санта-Мария ( Кадис , Испания ), недалеко от естественной среды, где Nannochromis gaditana был впервые выделен и до сих пор растет. [10] Исследование 2020 года предполагает, что его можно использовать в качестве высокоэффективного и экологически чистого корма для выращиваемой рыбы . [11] [12]

Разновидность

[ редактировать ]

В настоящее время признаны следующие виды:

Секвенированные геномы

[ редактировать ]

Научное сообщество получило геномную последовательность разных штаммов наннохлоропсиса , принадлежащих к двум видам : N. gaditana. [14] [15] и Н. Oceanica . [16] [17] Геномный портал , основанный на геноме N. gaditana B-31, позволяет получить доступ к большей части геномной информации, касающейся этого микроорганизма , кроме того, также доступны специальные веб-страницы для геномов N. gaditana CCMP526 и N. Oceanica CCMP1779 .

Геномы , секвенированных Наннохлоропсиса штаммов имели длину от 28,5 до 29 Мегаоснований, имели высокую плотность генов пониженное содержание интронов , короткие межгенные участки. [14] и очень ограниченное наличие повторяющихся последовательностей. [16] Гены этих двух видов имеют большое сходство.

Анализ геномов показал что эти микроводоросли обладают набором генов синтеза и включения в клеточную стенку целлюлозы , и сульфатированных фуканов и способны запасать углерод в полимерах β-1,3- и β-1,6. -связанная глюкоза, называемая хризоламинарином . [14] ЯМР - анализ целых клеток водорослей, культивированных в условиях автотрофного роста. [18] сообщают о наличии целлюлозы в клеточной стенке и подвижного хризоламинарина, вероятно, накапливающегося в растворе в вакуолях внутри клетки.

Сравнение генов липидного обмена N. gaditana и красных , зеленых и бурых водорослей и диатомовых водорослей дало некоторое представление об образцовом производстве липидов в культурах Nannoхлоропсиса . Сравнения действительно выявили наличие расширенного репертуара некоторых генов, участвующих в сборке ТАГ у Nannochromiss . [15] Многочисленные ТАГ-липазы , которые могут влиять на метаболизм ТАГ посредством деградации ТАГ или ремоделирования липидов , были идентифицированы у наннохлоропсиса . [16] многие из них принадлежат к семейству генов , которое, по-видимому, является исключительным для Nannochromiss . [19]

Анализ геномных данных позволил предположить наличие у обоих видов Nannoхлоропсиса , регуляторных РНК и, в частности микроРНК . [14] [16]

были обнаружены различные ортологи В геномах наннохлоропсиса известных белков, чувствительных к синему свету, что позволяет предположить возможную циркадную регуляцию . [14] [16]

Исследовательское сообщество из Циндаоского института биоэнергетики и биотехнологий (QIBEBT [1] ) Китайской академии наук секвенировало и сравнило шесть Nannoхлоропсиса геномов , которые включают два штамма N. Oceanica (IMET1 и CCMP531) и по одному штамму от каждого из четырех других признанных штаммов. виды : N. salina (CCMP537), N. gaditana (CCMP526, о котором сообщалось ранее [15] ), N. oculata (CCMP525) и N. granulata (CCMP529). [20] Они обнаружили, что шесть геномов имеют общие ключевые маслянистые характеристики, такие как увеличение дозы генов отдельных липидов биосинтеза генов по сравнению с зелеными водорослями Chlamydomonas . Наиболее ярким примером увеличения дозы гена является диацилглицерол-ацилтрансфераза (DGAT), которая катализирует последнюю стадию синтеза триацилглицерина (TAG). имеется 13 генов DGAT У Наннохлоропсиса , что представляет собой самую высокую дозу генов в известных геномах.

С помощью всестороннего филогенетического анализа исследователи предположили, что среди 11 DGAT-2 один ген может происходить от , связанного с красными водорослями вторичного эндосимбионта , четыре - от зелеными водорослями связанного с эндосимбионта, , а остальные шесть - от генома эукариотического хозяина. Кроме того, большая часть (15,3%) ТАГ , связанных с биосинтезом генов , была приобретена Nannochromiss посредством горизонтального переноса генов (HGT) от бактерий . Таким образом, множественное объединение геномов и горизонтальный генетический обмен вместе с селективным наследованием генов синтеза липидов и видоспецифичной потерей генов привели к огромному генетическому аппарату маслянистости и широкому геномному расхождению среди современных видов Nannoхлоропсис .

Накопление нефти при азотной депривации

[ редактировать ]

При культивировании в нормальных условиях роста в среде f/2 , стандартной среде для выращивания водорослей , с добавлением азота, клетки Nannoхлоропсиса имеют содержание масла около 30% от их сухой массы. Это масло можно использовать для производства биодизеля . Для производства биодизеля содержание масла в культурах наннохлоропсиса необходимо увеличить . Было показано, что биосинтез жирных кислот у N. Oceanica интегрирован с регуляцией пути биосинтеза холестерина, что указывает на новые генетические особенности.инженерные или химико-биологические подходы к увеличению добычи нефти из микроводорослей. [21] С другой стороны, было замечено, что различные условия культивирования увеличивают среднее содержание масла на клетку, поддерживая, однако, лишь медленные темпы роста культур (см. соответствующий раздел «Наннохлоропсис и биотопливо ») и снижая общую продуктивность. Среди этих состояний недостаток азота является одним из наиболее изученных. В исследованиях изучалось поведение культур при азотном стрессе в различных условиях культивирования, а также физиологический и молекулярный ответ клеток на недостаток азота.

что различные штаммы наннохлоропсиса Показано , при ограничении азота накапливают до 60–70% общей биомассы в виде липидов . [8] [22] В этом состоянии меняется не только количество липидов , но и их состав. Было замечено, что содержание триацилглицеринов значительно увеличивается при истощении азота, в то время как содержание других липидов , главным образом полярных глицеролипидов , свободных жирных кислот и диацилглицеринов , незначительно снижается. Увеличение содержания триацилглицеринов при истощении азота намного больше, чем снижение содержания других глицеролипидов , что подтверждает гипотезу о том, что клетки активно синтезируют новые триацилглицерины , а не просто преобразуют существующие липиды в триацилглицерины . [23]

По мере накопления триацилглицеринов и увеличения липидных капель происходят и другие важные морфологические изменения. Хлоропласты фотосинтетических стали мельче и значительно уменьшилось количество липидов, характерных для мембран . Выход фотосинтеза снижается в клетках, обедненных азотом, но его все еще достаточно для выживания и роста клеток. Если фотосинтез действительно подавлен, клетки наннохлоропсиса перестают расти, что указывает на то, что они полагаются на фотосинтетическое преобразование солнечной энергии , а не на накопленные углеводы или липиды в качестве источника энергии. [23]

Наннохлоропсис, культивируемый в нормальных условиях роста и лишенный источника азота, продолжает расти в течение 4–5 дней. Анализ экспрессии генов показывает, что механизмы ассимиляции и перераспределения азота активируются в клетках при дефиците азота и позволяют выжить за счет частичной реорганизации клеточного метаболизма . Гены, ответственные за включение свободного аммония в глутамат (L-глутамин + 2-оксоглутарат + НАДФН + H + ←→ 2 L-глутамат + НАДФ + ) регулируются. Их активация повышает способность клеток усваивать минимальное количество аммония, которое в конечном итоге присутствует в среде, и, что более важно, позволяет им усваивать внутриклеточный аммоний, который может высвобождаться в результате деградационных процессов. Данные транскриптомии лишенных азота культур наннохлоропсиса показывают, что различные ферменты, ответственные за деградационные процессы, вызывающие высвобождение аммония, действительно подвергаются повышенной регуляции. Более того, увеличивается экспрессия генов, кодирующих белки, участвующие в контролируемой деградации белков, а также других, участвующих в формировании цитозольных секвестрирующих везикул, используемых для деградации и рециклинга клеточных компонентов. [14]

Механизм экспрессии генов хлоропластов митохондрий и в снижается у наннохлоропсиса ответ на истощение азота. [14] [15]

Кортеджиани Карпинелли и коллеги (2013) [14] сообщают о полном анализе экспрессии генов культур наннохлоропсиса , выращенных в нормальных условиях и при депривации азота в течение 3 и 6 дней. Данные о подобных условиях были также собраны Радаковитцем и соавт. (2012) [15] и Вилер и др. (2012). [16] Все эти данные показывают, что гены, участвующие в биосинтезе жирных кислот и триацилглицеринов, всегда присутствуют в клетках в большом количестве, и их экспрессия не коррелирует с количеством накопленного масла. Кроме того, экспрессия генов, участвующих в деградации триацилглицеринов, существенно не снижается по мере накопления триацилглицеринов . Общий вывод, сделанный на основе экспериментальных данных, заключается в том, что наннохлоропсис конститутивно продуцирует триацилглицерины и что метаболическая реорганизация, следующая за лишением азота, увеличивает поток субстратов по этому пути, который, в свою очередь, способен поддерживать повышенный метаболический поток. Кортеджиани Карпинелли и коллеги (2013) [14] выдвинули гипотезу о том, что в условиях их экспериментов фотосинтез является основным источником энергии, а подавление метаболической активности митохондрий имеет решающее значение для увеличения количества субстратов, вступающих в путь биосинтеза жирных кислот . Если больше предшественников доступно больше жирных кислот , синтезируется больше триацилглицеринов и, как следствие , образуется , которые накапливаются в клетках в виде капель масла.

Донг и др. (2013) [24] сообщают о количественном определении содержания различных белков в культурах Nannoхлоропсиса, выращенных с добавкой CO 2 и лишенных азота. Несмотря на различные экспериментальные условия, протеомные исследования, по-видимому, также подтверждают гипотезу о том, что накопление триацилглицеринов происходит из-за увеличения метаболического потока через путь биосинтеза жирных кислот . разложение запасенных сахаров и активация гликолиза ответственны Авторы выдвигают гипотезу о том, что в условиях их экспериментов за увеличение количества субстратов по этому пути .

Совсем недавно Ли и коллеги (2014) [25] собрал обширные экспериментальные данные на культурах Nannochromopsis oculata IMET1, выращенных в средах с достаточным и обедненным азотом. Согласно их анализу, это катаболизм углеводов . и белков вместе с активацией генов, отвечающих за различные пути (путь цитозольного гликолиза , который производит пируват ; обход PDHC, который дает дополнительный ацетил-КоА ; и связывание TCA) реакции с митохондриальным β-окислением ), которые должны быть востребованы для увеличения поступления предшественников углерода на путь биосинтеза жирных кислот . Тем не менее, авторы предполагают, что не повышенный синтез жирных кислот приводит к накоплению масла внутри клеток, а, скорее, активация генов , участвующих в сборке триацилглицеринов , определяет конечную концентрацию масла. Другими словами, при истощении азота происходит повышение уровня транскриптов триацилглицерина . ключевых генов сборки триацилглицерина , а не генов, участвующих в сборке биосинтез жирных кислот , что приводит к ускоренному производству триацилглицеринов .

В 2017 году исследование, совместно финансируемое ExxonMobil и Synthetic Genomics, достигло прорыва в процентном содержании липидов у Nannochromopsis gaditana за счет применения конвейера обратной генетики CRISPR-Cas9 и азотного голодания, что улучшило разделение общего углерода на липиды с 20% (дикий тип). до 40-45% (мутантный тип). [26]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Хибберд, диджей (1981). «Заметки по таксономии и номенклатуре классов водорослей Eustigmatophyceae и Tribophyceae (синоним Xanthophyceae)». Ботанический журнал Линнеевского общества . 82 (2): 93–119. дои : 10.1111/j.1095-8339.1981.tb00954.x .
  2. ^ Хибберд (1981). «Заметки по таксономии и номенклатуре классов водорослей Eustigmatophyceae и Tribophyceae (синоним Xanthophyceae)». Ботанический журнал Линнеевского общества . 82 (2): 93–119. дои : 10.1111/j.1095-8339.1981.tb00954.x .
  3. ^ Фоли (2007). «Наблюдения за разнообразием и экологией пресноводных наннохлоропсисов (Eustigmatophyceae) с описаниями новых таксонов». Протист . 158 (3): 325–336. дои : 10.1016/j.protis.2007.03.003 . ПМИД   17576099 .
  4. ^ Андерсен, РА; Бретт, RW; и др. (1998). «Филогения Eustigmatophyceae на основе 18s рДНК с акцентом на Nannochromophyceae». Протист . 149 (1): 61–74. дои : 10.1016/S1434-4610(98)70010-0 . ПМИД   23196114 .
  5. ^ Лубиан, LM; и др. (2000). « Наннохлоропсис (Eustigmatophyceae) как источник коммерчески ценных пигментов». Журнал прикладной психологии . 12 (3/5): 249–255. дои : 10.1023/А:1008170915932 . S2CID   620002 .
  6. ^ Кандилиан Р.; Ли, Э.; Пилон, Л. (2013). «Радиационные и оптические свойства Nannochromis oculata, выращенных при различном освещении и спектрах». Биоресурсные технологии . 137 : 63–73. doi : 10.1016/j.biortech.2013.03.058 . ПМИД   23587810 .
  7. ^ Ассаф Сукеник, YCTB (1989). «Регуляция состава жирных кислот уровнем освещенности у Eustigmatophyte Nannochromosis sp». Журнал психологии . 25 (4): 686–692. дои : 10.1111/j.0022-3646.1989.00686.x . S2CID   84590502 .
  8. ^ Jump up to: а б Буссиба, С.; Воншак, А.; Коэн, З.; Ависсар, Ю.; Ричмонд, А. (1987). «Продуцирование липидов и биомассы галотолерантной микроводорослью Nannochromophis salina». Биомасса . 12 : 37–47. дои : 10.1016/0144-4565(87)90006-0 .
  9. ^ Килиан, О.; Бенеманн, CSE; Нийоги, КК; Вик, Б. (2011). «Высокоэффективная гомологичная рекомбинация у нефтедобывающей водоросли Nannochromopsis sp» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 108 (52): 21265–21269. дои : 10.1073/pnas.1105861108 . ПМК   3248512 . ПМИД   22123974 .
  10. ^ Лубиан, LM (1982). « Nannochromopsis gaditana sp. nov., новый штамм Eustigmatophyceae marina». Лазароа . 4 : 287–293.
  11. ^ «Научно-исследовательский прорыв позволил создать корма для аквакультуры, не содержащие рыбы, что повышает ключевые стандарты» . физ.орг . Проверено 9 декабря 2020 г.
  12. ^ Саркер, Паллаб К.; Капусцински, Энн Р.; МакКуин, Брэнди; Фицджеральд, Девин С.; Нэш, Ханна М.; Гринвуд, Коннор (12 ноября 2020 г.). «Корм для тилапии на основе микроводорослей не содержит рыбной муки и рыбьего жира, улучшает рост и является экономически выгодным» . Научные отчеты . 10 (1): 19328. Бибкод : 2020NatSR..1019328S . дои : 10.1038/s41598-020-75289-x . ISSN   2045-2322 . ПМЦ   7665073 . ПМИД   33184333 . Доступно по лицензии CC BY 4.0 .
  13. ^ Хуземанн, М.; Уильямс, П.; Эдмундсон, Скотт Дж.; Чен, П.; Крук, Р.; Куллинан, В.; Кроу, Б.; Лундквист, Т. (сентябрь 2017 г.). «Фотобиореактор лабораторного симулятора пруда с водорослями (LEAPS): проверка с использованием уличных прудовых культур Chlorella sorokiniana и Nannochrominiana salina» . Водорослевые исследования . 26 : 39–46. дои : 10.1016/j.algal.2017.06.017 . ISSN   2211-9264 . ОСТИ   1581797 .
  14. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Кортеджиани Карпинелли, Э.; и др. (2013). «Сборка генома в хромосомном масштабе и профилирование транскриптома Nannochromopsis gaditana при истощении азота» . Молекулярный завод . 7 (2): 323–335. дои : 10.1093/mp/sst120 . ПМИД   23966634 .
  15. ^ Jump up to: а б с д и Радакович Р.; и др. (2012). «Проект последовательности генома и генетическая трансформация маслянистой водоросли Nannochromopis gaditana» . Нат Коммун . 3 (2): 686. Бибкод : 2012NatCo...3..686R . дои : 10.1038/ncomms1688 . ПМЦ   3293424 . ПМИД   22353717 .
  16. ^ Jump up to: а б с д и ж Вилер, А.; и др. (2012). «Геном, аннотация функциональных генов и ядерная трансформация разноконтовой маслянистой водоросли Nannochromopsis Oceanica CCMP1779» . ПЛОС Генет . 8 (11): e1003064. дои : 10.1371/journal.pgen.1003064 . ПМЦ   3499364 . ПМИД   23166516 .
  17. ^ Лян, К.; и др. (2012). «Секвенирование De Novo и глобальный транскриптомный анализ Nannochromopsis sp. (Eustigmatophyceae) после азотного голодания». Биоэнергетика. Рез . 6 (2): 494–505. дои : 10.1007/s12155-012-9269-0 . S2CID   207395605 .
  18. ^ Арнольд, А.А.; и др. (2014). «Идентификация липидных и сахаридных компонентов цельных клеток микроводорослей методом твердотельного ЯМР 13С» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1848 (1 часть Б): 369–377. дои : 10.1016/j.bbamem.2014.07.017 . ПМИД   25065670 .
  19. ^ Элиза Кортеджиани Карпинелли и Никола Витуло. Неопубликованные данные доступны на портале генома Nannochromis gaditana. Архивировано 29 октября 2013 г. на Wayback Machine.
  20. ^ Ван, Дунмей; Нин, Канг; Ли, Цзин; и др.; Сюй, Цзянь (январь 2014 г.). «Геномы наннохлоропсиса раскрывают эволюцию маслянистых свойств микроводорослей» . ПЛОС Генетика . 10 (1): e1004094. дои : 10.1371/journal.pgen.1004094 . ПМЦ   3886936 . ПМИД   24415958 .
  21. ^ Лу; и др. (2014). «Регуляция пути биосинтеза холестерина и его интеграция с биосинтезом жирных кислот у маслянистой микроводоросли Nannochromophis Oceanica » . Биотехнология для биотоплива . 7:81 . дои : 10.1186/1754-6834-7-81 . ПМК   4052811 . ПМИД   24920959 .
  22. ^ Родольфи, Л; Зиттелли, Чини; и др. (2008). «Микроводоросли для нефти: селекция штаммов, индукция синтеза липидов и массовое культивирование на открытом воздухе в недорогом фотобиореакторе». Биотехнология и биоинженерия . 102 (1): 100–12. дои : 10.1002/бит.22033 . ПМИД   18683258 . S2CID   28285869 .
  23. ^ Jump up to: а б Симионато, Диана; Блок, Мариз А.; Рокка, Николетта Ла; Жуэ, Жюльетта; Марешаль, Эрик; Финацци, Джованни; Морозинотто, Томас (2013). «Реакция Nannochromopsis gaditana на азотное голодание включает биосинтез триацилглицеринов de novo, уменьшение содержания галактолипидов в хлоропластах и ​​реорганизацию фотосинтетического аппарата» . Эукариотическая клетка . 12 (5): 665–676. дои : 10.1128/EC.00363-12 . ПМЦ   3647774 . ПМИД   23457191 .
  24. ^ Донг, HP; Уильямс, Э; Ван, ДЗ; Се, ZX; Ся, RC; Дженк, А; Холден, Р; Ли, Дж; Чен, Ф; Плейс, Арканзас (2013). «Реакция Nannoхлоропсиса Oceanica IMET1 на длительное азотное голодание и восстановление» . Физиология растений . 162 (2): 1110–1126. дои : 10.1104/стр.113.214320 . ПМК   3668043 . ПМИД   23637339 .
  25. ^ Ли, Цзин; Хан, Даньсян; Ван, Дунмей; Нин, Канг; Цзя, Цзин; Вэй, Ли; Цзин, Сяоянь; Хуан, Ши; Чен, Цзе (2014). «Хореография транскриптомов и липидомов наннохлоропсиса раскрывает механизмы синтеза нефти в микроводорослях» . Растительная клетка . 26 (4): 1645–1665. дои : 10.1105/tpc.113.121418 . ПМК   4036577 . ПМИД   24692423 .
  26. ^ Аджави, Имад; Верруто, Джон; Аки, Моэна; Сориага, Лия Б; Копперсмит, Дженнифер; Квок, Кэтлин; Персик, Люк; Орчард, Элизабет; Калб, Райан (2017). «Производство липидов у Nannochromis gaditana удваивается за счет снижения экспрессии одного регулятора транскрипции». Природная биотехнология . 35 (7): 647–652. дои : 10.1038/nbt.3865 . ПМИД   28628130 . S2CID   8175045 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: e069c2d1a289ac83d89702315f706e62__1712839800
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/e0/62/e069c2d1a289ac83d89702315f706e62.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Nannochloropsis - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)