Дефицит фосфора вызывает половое размножение динофлагелляты Prorocentrum cordatum.

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 14191 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Азот (N) и фосфор (P) являются важными элементами, доступность которых способствует успешному росту фитопланктона и определяет первичную продуктивность водных организмов. В этом исследовании мы исследовали влияние дефицита N и/или P на половое размножение Prorocentrum cordatum, динофлагелляты с гаплонтическим жизненным циклом, вызывающей вредоносное цветение водорослей во всем мире. В культурах P. cordatum N и комбинированный дефицит N и P приводили к остановке клеточного цикла в фазах G0/G1 и замедлению роста клеточной культуры. Мы заметили, что дефицит P, а не N, вызывает переход жизненного цикла P. cordatum от вегетативной стадии к половой. Это привело к резкому увеличению процента клеток с относительным содержанием ядерной ДНК 2С (зиготы) и появлению клеток с относительным содержанием ядерной ДНК 4С (делящиеся зиготы). Последующее добавление фосфата стимулировало мейоз и привело к заметному увеличению числа клеток 4С (делящихся зигот). Кроме того, мы провели транскриптомный анализ данных и идентифицировали предполагаемые переносчики фосфатов и ферменты, участвующие в поглощении фосфата и регуляции его метаболизма P. cordatum. К ним относятся неорганические переносчики фосфатов с высоким и низким сродством, атипичная щелочная фосфатаза, пурпурная кислая фосфатаза и белки, содержащие домен SPX.

Динофлагелляты являются одной из наиболее важных групп протистов, участвующих в первичной морской продукции, переносе вещества и энергии внутри водных пищевых цепей, а также в формировании вредного цветения водорослей во всем мире, также называемого «красными приливами»1, 2. Эти микроводоросли имеют сложную структуру. жизненный цикл со сменой вегетативной и транзиторной половой стадий. За единственным известным исключением Noctiluca3, типичные динофлагелляты имеют гаплонтический жизненный цикл. В определенных условиях окружающей среды вегетативные клетки дифференцируются в гаметы, которые сливаются и образуют диплоидную зиготу. Последний либо образует половую кисту покоя, либо подвергается двум последовательным мейотическим делениям без длительного инцистирования. Во время прорастания половые кисты покоя проходят мейоз4,5,6.

Поиск факторов, регулирующих переход от вегетативной стадии жизненного цикла к половой, является предметом исследований уже несколько десятилетий. У некоторых видов этот переход может быть спонтанным3, 7. Однако, как и у многих других протистов, пол у динофлагеллят рассматривается как стратегия выживания в неблагоприятных условиях окружающей среды, таких как лишение питательных веществ, неблагоприятный температурный режим, солевой стресс, выпас скота или паразитирование. инфекция8,9,10,11. Взаимодействие между факторами, индуцирующими сексуальность, может быть сложным. Например, у Alexandrium minutum совокупное действие трех факторов, таких как дефицит P, низкая соленость и высокая температура, значительно увеличивает выход плоскозигот и половых цист покоя по сравнению с действием только дефицита P и/или N9 . Наличие подходящего партнера для спаривания также важно для успешного полового размножения у гетероталличных видов12. Для многих динофлагеллят половой процесс был описан в поздних экспоненциальных или стационарных культурах, которые характеризуются высокой концентрацией клеток и истощением источников питательных веществ13,14,15. У гетеротрофных видов, таких как Polykrikos kofoidii, отсутствие добычи также может индуцировать образование гамет7. Действительно, доступность питательных веществ, вероятно, будет играть ключевую роль в регуляции жизненного цикла этой группы простейших. В культурах большинства динофлагеллят сексуальность можно индуцировать снижением или устранением N и/или P или изменением их соотношения в культуральной среде8, 16.

Prorocentrum cordatum (в настоящее время принятый таксономический синоним Prorocentrum minum) представляет собой неритический планктонный динофлагеллят и возбудитель вредоносного цветения водорослей во всем мире17,18,19,20,21. Недавно был описан жизненный цикл P. cordatum22. В стареющей культуре, которая росла без добавления свежей среды и питательных веществ более 3 недель, наблюдались различные половые стадии, такие как слияние гамет, планозиготы и зиготы, делящиеся путем мейоза. Однако конкретные факторы, запускающие переход от вегетативного размножения к половому, до сих пор не известны. Мы предположили, что дефицит N и/или P может запускать половое размножение P. cordatum.