Nyligt opdaget seksuel reproduktionsproces fremmer forståelsen af ​​plante- og algeudviklingen

Forskere har opdaget en seksuel reproduktionsproces i mikroalger, der hjælper dem med bedre at forstå alger og planteudvikling. Deres opdagelse kan føre til nye industrielle anvendelser for mikroalger, lige fra spildevandsrensning til produktion af fødevareingredienser og pigmenter.

Det japanske forskerhold offentliggjorde deres resultater i Proceedings of the National Academy of Sciences ugen den 3. oktober 2022.

Holdet gennemførte deres undersøgelser af Galdieria, en encellet art af røde mikroalger, der findes i svovlsyrevarme kilder rundt om i verden og forventes at være en vigtig ernæringskilde for mennesker. Mikroalger har en høj kuldioxidfikseringsevne. Denne fiksering er den proces, hvorved kuldioxiden omdannes til organiske forbindelser. Mikroalgers fikseringsevne er højere end planter, og mikroalger indeholder højere koncentrationer af proteiner, vitaminer og pigmenter. I de senere år har forskere og virksomheder arbejdet på at udvikle det hurtigt voksende Galdieria som en industriel kilde til vitaminer og pigmenter.

Galdieria er ret alsidig, i stand til at lave sin egen energi gennem fotosyntese ved hjælp af lys og kuldioxid. Den bruger en blanding af forskellige energi- og kulstofkilder og får sine næringsstoffer ved at indtage ekstracellulære sukkerarter eller sukkeralkoholer. Galdieria er også i stand til at tolerere højere niveauer af salt og tungmetaller end mange andre mikroalger. Alligevel er Galdierias genomstørrelse meget lille.

På grund af Galdierias alsidighed anser forskerne det for at være et spirende system til bioteknologiske anvendelser. Men fordi Galdieria er omgivet af en tyk og stiv cellevæg, kræver det energikrævende fysisk behandling at udvinde dets cellulære indhold. Cellevæggen hæmmer også genetisk modificering af Galdieria.

Under deres forskning lærte holdet, at den kendte cellevæggede form af Galdieria er en diploid, en type celler, der indeholder to komplette sæt kromosomer. Men når disse diploider udsættes for et specifikt miljø, produceres en cellevægsløs haploid, og den vægløse haploid indeholder kun ét sæt kromosomer.

For at fremme deres forskning lykkedes det for holdet stabilt at udbrede den cellevægsløse haploid og at omdanne haploiden tilbage til en diploid. "Således opdagede vi en seksuel reproduktionsproces i mikroalger, der dukkede op tidligt i alge- og planteudviklingen," sagde Shunsuke Hirooka, en projektassistent ved National Institute of Genetics, Japan

"Vi har med succes udviklet en genetisk modifikationsteknik for Galderia ved at bruge det cellevægsløse haploid. Proceduren gør det muligt at generere 'selvklonende' linjer, som ikke indeholder nogen heterolog DNA-sekvens til industriel brug. For eksempel er det lykkedes os at generere blåfarvede alger (blå er farven på phycocyanin, som bruges som et naturligt blåt farvestof i visse fødevarer), som ikke eksisterer naturligt," sagde Shin-ya Miyagishima, professor ved National Institute of Genetics, Japan.

Holdets resultater er væsentlige, fordi selvom seksuel reproduktion også findes i nogle encellede alger, planters forfædre, er seksuel reproduktion aldrig blevet fundet i mange encellede alger, der dukkede op tidligt i evolutionen. "Disse encellede alger er blevet antaget at formere sig kun ved celledeling eller aseksuel reproduktion, og oprindelsen og den evolutionære proces af seksuel reproduktion i alger og planter har været uklar," sagde Hirooka.

Ser man fremad, mener forskerne, at deres resultater vil hjælpe yderligere med at afklare den evolutionære proces og oprindelsen af ​​seksuel reproduktion i alger og planter. Holdets opdagelser rummer potentialet til at frigøre spændende fremtidige anvendelser for mikroalgen Galdieria.

"Haploiden opdaget i denne undersøgelse har samme vækstpotentiale som diploiden, og dens indhold kan let udvindes og genetisk modificeres, hvilket letter industriel brug af Galdieria og forventes at skabe avancerede former for mikroalgeudnyttelse, såsom vaccineholdige foder med alger, der udtrykker virale proteiner som antigener," sagde Miyagishima. + Udforsk yderligere

Løftet om superalgen Galdiera:Fra vulkanske kilder til din tallerken