リン欠乏は渦鞭毛藻 Prorocentrum Cordatum の有性生殖を誘発する

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14191 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

窒素 (N) とリン (P) は必須元素であり、その利用可能性により植物プランクトンの成長が促進され、水生の一次生産性が決まります。 この研究では、世界中で有害な藻類の発生を引き起こすハプロンティックな生活環を持つ渦鞭毛藻であるプロロセントラム・コーダトゥムの有性生殖に対する窒素および/またはリン欠乏の影響を調査しました。 P. コルダタムの培養物では、N、および N と P の複合欠乏により、G0/G1 期の細胞周期が停止し、細胞培養の増殖が減弱しました。 私たちは、P.cordatumの生活環の栄養段階から有性段階への移行を引き起こすのは、NではなくPの欠乏であることを観察しました。 これにより、相対核 DNA 含量 2C の細胞 (接合子) のパーセンテージが急激に増加し、相対核 DNA 含量 4C の細胞 (分裂接合子) が出現しました。 その後のリン酸の補給は減数分裂を刺激し、4C 細胞数 (接合子分裂) の顕著な増加をもたらしました。 さらに、トランスクリプトームデータ分析を実行し、P.cordatumによるリン酸の取り込みとその代謝の調節に関与すると考えられるリン酸トランスポーターと酵素を同定しました。 これらには、高親和性および低親和性の無機リン酸トランスポーター、非定型アルカリホスファターゼ、紫色酸性ホスファターゼ、および SPX ドメイン含有タンパク質が含まれます。

渦鞭毛藻は、海洋の一次生産、水生食物連鎖内の物質とエネルギーの移動、および「赤潮」とも呼ばれる世界中の有害な藻類の形成に寄与する原生生物の最も重要なグループの 1 つです1、2。これらの微細藻類は複雑な性質を持っています。栄養段階と一時的な性的段階の変化を伴うライフサイクル。 唯一知られている例外である Noctiluca3 を除いて、典型的な渦鞭毛藻はハプロンティックな生活環を持っています。 特定の環境条件下では、栄養細胞は配偶子に分化し、それが融合して二倍体接合子を形成します。 後者は、有性休止嚢胞を形成するか、または長期の嚢胞形成を伴わずに2回の連続する減数分裂を経ます。 発芽中、有性休止嚢胞は減数分裂を経ます4、5、6。

生活環の栄養段階から有性段階への移行を制御する要因の探索は、数十年にわたって研究の対象となってきました。 一部の種では、この移行は自発的である可能性があります3,7。しかし、他の多くの原生生物と同様に、渦鞭毛藻の性は、栄養欠乏、不利な温度環境、塩分ストレス、放牧、寄生虫などの不利な環境条件における生存戦略とみなされています。感染症8、9、10、11。 セクシュアリティを誘発する要因間の相互作用は複雑である可能性があります。 たとえば、Alexandrium minutum では、リン欠乏、低塩分、高温などの 3 つの要因の複合効果により、リンおよび/または窒素欠乏のみの効果と比較して、平接合体および有性休止嚢胞の収量が大幅に増加します9。 。 適切な交配相手の存在も、異葉間種の有性生殖を成功させるために重要です12。 多くの渦鞭毛虫では、性的プロセスは、高い細胞濃度と栄養源の枯渇を特徴とする後期指数関数的または定常的な培養で説明されています 13、14、15。 Polykrikos kofoidii などの従属栄養種では、獲物の不在によって配偶子の形成が誘発されることもあります 7。 実際、栄養素の利用可能性は、このグループの原生生物の生活環の制御において重要な役割を果たしている可能性があります。 ほとんどの渦鞭毛藻の培養では、N および/または P を低下または除去するか、培地中のそれらの比率を変更することによって性を誘導できます 8, 16。

Prorocentrum Cordatum (現在、分類学的に Prorocentrum minimum の同義語として認められている) は、神経性浮遊性渦鞭毛藻であり、世界中で有害な藻類の発生原因物質です 17、18、19、20、21。 P.cordatum の生活環は最近報告されました 22。 新鮮な培地や栄養素を3週間以上添加せずに増殖させた老化培養物では、融合配偶子、平接合体、減数分裂による接合子などのさまざまな性的段階が観察されました。 しかし、栄養生殖から有性生殖への移行を引き起こす具体的な要因はこれまで報告されていません。 我々は、Nおよび/またはPの欠乏がP.cordatumの有性生殖を引き起こす可能性があることを示唆しました。