Научный взгляд: микроводоросли с необычной клеточной биологией

Широко распространенный одноклеточный организм Prorocentrum cordatum,длина которого составляет от 10 до 20 тысячных долей миллиметра и который относится к динофлагеллятам, имеет необычную организацию фотосинтеза. Динофлагелляты – это водоросли, являющиеся важной частью водных экосистем и  вызывающие  цветение водоемов. Они составляют значительную часть свободноживущего фитопланктона и выступают основой пищевой сети в океанах и озерах. Некоторые виды, в том числе P. cordatum, могут размножаться в теплых, богатых питательными веществами водах и образовывать вредные цветения водорослей.

С помощью сканирующего электронного микроскопа исследователи реконструировали трехмерную архитектуру хлоропластов, в которых происходит фотосинтез. Было создано около 600 слоев изображения одной клетки водоросли, после чего их объединили в трехмерное пространственное изображение высокого разрешения. Анализ показал, что у P. cordatum есть только один бочкообразный хлоропласт, который занимает почти половину объема клетки.

Протеомный анализ выявил заметные различия между фотосинтетическим аппаратом микроводорослей и Arabidopsis thaliana (резуховидки Таля), хорошо изученного модельного растения для генетических исследований. У P. cordatum преобразование солнечной энергии в биохимическую происходит в одной большой структуре, состоящей из множества белков и известной как «мегакомплекс», в то время как в хлоропластах других видов растений различные этапы фотосинтеза происходят в пространственно разделенных структурах. P. cordatum использует большое количество различных пигмент-связывающих белков для эффективного улавливания солнечной энергии, что является особой адаптацией к меняющимся условиям освещения в океанах.

Результаты исследования помогут понять роль этого вида в окружающей среде, а также участившиеся случаи цветения водоемов при повышении температуры воды.

Использование высокочувствительных методов исследования и современного оборудования позволяет выявлять новые признаки у растений и животных. Во Всероссийском центре карантина растений (ФГБУ «ВНИИКР» Россельхознадзора) сканирующий электронный микроскоп используется в ходе подготовки методических рекомендаций по выявлению и идентификации фитопатогенных организмов и сорных растений. С помощью данного многофункционального оборудования возможно проводить поиск новых особенностей живых организмов и изучать эти особенности.

Источник: Jana Kalvelage, Lars Wöhlbrand, Jennifer Senkler, Julian Schumacher, Noah Ditz, Kai Bischof, Michael Winklhofer, Andreas Klingl, Hans-Peter Braun, Ralf Rabus. Conspicuous chloroplast with light harvesting-photosystem I/II megacomplex in marine Prorocentrum cordatum. Plant Physiology, 2024. URL: https:doi.org/10.1093/plphys/kiae052.