Nannochloropsis - Nannochloropsis

Nannochloropsis
15 3klein2.jpg
Nannochloropsis ışık mikroskobu altında görüntülendi
bilimsel sınıflandırma e
Clade:SAR
Şube:Ochrophyta
Sınıf:Eustigmatophyceae
Sipariş:Östigmatales
Aile:Monodopsidaceae
Cins:Nannochloropsis
D.J.Hibberd, 1981[1]
Türler
Nannochloropsis oculata
(Droop 1955) Hibberd 1981

Nannochloropsis bir cins nın-nin yosun altı bilinen Türler. cins şu anda taksonomik sınıflandırma ilk olarak Hibberd (1981) tarafından adlandırılmıştır.[2] Türler Çoğunlukla deniz ortamından bilinmektedir, ancak aynı zamanda tatlı ve acı suda da meydana gelir.[3] Tümü Türler küçük, hareketsiz kürelerdir ve herhangi bir farklı morfolojik özelliği ifade etmemektedir. ışık veya elektron mikroskobu. Karakterizasyon çoğunlukla şu şekilde yapılır: rbcL geni ve 18S rRNA dizi analizi.[4]

Yosun cins Nannochloropsis diğer ilgili olandan farklı mikroalg sahip oldukları klorofil a ve tamamen eksik klorofil b ve klorofil c. Ek olarak, yüksek konsantrasyonlarda çeşitli pigmentler oluşturabilirler. astaksantin, zeaksantin ve kantaksantin.[5] Yaklaşık 2 ila 3 mikrometre çapa sahiptirler[6] ve çok basit üst yapı komşu taksonlara kıyasla azaltılmış yapısal elemanlara sahiptir.

Nannochloropsis yüksek seviyelerde biriktirme kabiliyeti nedeniyle endüstriyel uygulamalar için umut verici bir alg olarak kabul edilir. Çoklu doymamış yağ asitleri.[7][8] Dahası, izin verebilecek umut verici özellikler gösterir. genetik manipülasyon mevcut yağlı maddenin genetik gelişimini amaçlayan suşlar. Çeşitli türler Nannochloropsis gerçekten de aktarılabilir ve bazı suşların homolog rekombinasyon gerçekleştirebildiğine dair kanıtlar olmuştur.[9]Şu anda balık larvaları için enerji açısından zengin bir besin kaynağı olarak kullanılmaktadır ve rotiferler. Bununla birlikte, soruşturma için de artan bir ilgi uyandırmıştır. biyoyakıt üretim fotosentetik organizmalar. (görmek Nannochloropsis ve biyoyakıtlar ). Nannochloropsis aslında insan beslenmesi için gıda katkı maddesi olarak kullanılmaktadır ve aynı zamanda Restaurant "A Poniente" de servis edilmektedir. El Puerto de Santa María (Cádiz, ispanya ) doğal ortama yakın Nannochloropsis gaditana ilk izole edildi ve hala büyüyor.[10]

Türler

Şu anda tanınan türler şunlardır:

Sıralı genomlar

Bilimsel topluluk elde etti genomik dizi farklı suşlar nın-nin Nannochloropsis ikiye ait Türler: N. gaditana[11][12] ve N. oceanica.[13][14] Bir genom portalı göre N. gaditana B-31 genom, bununla ilgili genomik bilginin çoğuna erişime izin verir mikroorganizma ayrıca, genomları için özel web sayfaları da mevcuttur. N. gaditana CCMP526 ve N. oceanica CCMP1779.

genomlar sıralı Nannochloropsis suşlar 28,5 ila 29 Mega üs uzunluğundaydılar, genler, indirgenmiş intron içerik, kısa intergenik bölgeler[11] ve tekrarlayan dizilerin çok sınırlı varlığı.[13] İkisinin genleri Türler genişletilmiş benzerliği paylaşmak.

Analizi genomlar bunları ortaya çıkardı mikroalg dizi var genler sentez ve birleştirme için hücre çeperi nın-nin selüloz ve sülfatlanmış fukanlar ve karbonu β-1,3- ve β-1,6-bağlantılı glikoz polimerlerinde depolayabildiklerinden krizolaminarin.[11] Bir NMR yetiştirilen tüm alg hücrelerinin analizi ototrofik büyüme [15] varlığının kanıtını bildirir selüloz içinde hücre çeperi ve mobil krizolaminarin, muhtemelen solüsyonda birikmiş boşluklar hücrenin içinde.

Arasındaki karşılaştırma lipit metabolik genleri N. gaditana ve kırmızı /yeşil /kahverengi algler ve diyatomlar örnek lipid üretimi hakkında bazı bilgiler sağladı Nannochloropsis kültürler. Karşılaştırmalar gerçekten de bazılarının genişletilmiş repertuarının varlığını vurguladı. genler dahil ETİKET montaj Nannochloropsis.[12] Sayısız TAG lipazlar etkileyebilecek ETİKET her ikisinden de metabolizma ETİKET bozulma veya lipit yeniden modelleme, tespit edildi Nannochloropsis,[13] çoğu bir gen ailesi dışlanmış gibi görünen Nannochloropsis.[16]

Genomik verilerin analizi, her ikisinin de varlığını gösterdi. Türler nın-nin Nannochloropsis nın-nin düzenleyici RNA ve özellikle miRNA.[11][13]

Çeşitli ortologlar mavi ışığı algılayan bilinen proteinlerden% 100'ü, genomlarında bulundu. Nannochloropsis olası önermek sirkadiyen düzenleme.[11][13]

Qingdao Biyoenerji ve Biyoproses Teknolojisi Enstitüsü'nden (QIBEBT) bir araştırma topluluğu [1] ), Çin Bilimler Akademisi, sıralandı ve karşılaştırıldı altı Nannochloropsis genomlar iki tane içerir N. oceanica suşları (IMET1 ve CCMP531) ve diğer dört taneden bir suş tanınmıştır. Türler: N. salina (CCMP537), N. gaditana (Daha önce bildirilen CCMP526[12]), N. oculata (CCMP525) ve N. granulata (CCMP529).[17] Altı genomun önemli yağlı özellikleri paylaştığını buldular. gen dozu seçilenin genişletilmesi lipit biyosentez genler nazaran yeşil alg Chlamydomonas. En belirgin örneği gen dozu genişleme Diaçilgliserol açiltransferaz (DGAT), son adımını katalize eden triasilgliserol (TAG) sentezi. İçinde 13 DGAT geni vardır. Nannochloropsisen yüksek olanı temsil eden gen dozu bilinen genomlarda.

Kapsamlı bir Filogenetik analiz Araştırmacılar, 11 DGAT-2'den bir genin, kırmızı yosun ilgili ikincil endosymbiont, dört yeşil alg ilişkili endosymbiont ve ökaryotik konak genomundan diğer altısı. Ek olarak, büyük bir kısmı (% 15,3) ETİKET biyosentez ile ilgili genler tarafından satın alındı Nannochloropsis üzerinden yatay gen transferi (HGT) dan bakteri. Bu nedenle, seçici ile birlikte çoklu genom havuzlama ve yatay genetik değişim miras nın-nin lipit sentez genleri ve türe özgü gen kaybı, yağlılık için muazzam genetik düzene ve günümüzde geniş genomik ayrışmaya yol açmıştır. Nannochloropsis spp.

Nitrojen yoksunluğunda yağ birikmesi

Normal büyüme koşullarında kültürlendiğinde standart f / 2 orta nitrojen takviyeli, Nannochloropsis hücreler, kuru ağırlıklarının yaklaşık% 30'u kadar bir yağ içeriğine sahiptir. Bu yağ üretmek için kullanılabilir biyodizel. Üretmek için biyodizel yağ içeriği Nannochloropsis kültürler çoğaltılmalıdır. N. oceanica'daki yağ asidi biyosentezinin, kolesterol biyosentetik yolunun düzenlenmesiyle entegre olduğu gösterildi, bu da mikroalglerde gelişmiş yağ üretimi için yeni genetik mühendisliği veya kimyasal biyoloji yaklaşımlarını öneriyor.[18] Öte yandan, çeşitli kültürleme koşullarının hücre başına ortalama yağ içeriğini artırdığı, ancak kültürlerin yalnızca yavaş büyüme oranlarını desteklediği gözlenmiştir (ilgili bölüme bakınız). Nannochloropsis ve biyoyakıtlar ) ve genel üretkenliği azaltmak. Bu koşullar arasında nitrojen yoksunluğu, üzerinde en kapsamlı olarak çalışılanlardan biri olmuştur. Çalışmalar, kültürlerin çeşitli kültür kurulumlarında nitrojen stresindeki davranışını ve ayrıca hücrelerin nitrojen yoksunluğuna fizyolojik ve moleküler tepkisini incelemiştir.

Çeşitli suşlar nın-nin Nannochloropsis toplam biyokütlenin% 60-70'ine kadar biriktiği gösterilmiştir. lipidler nitrojen sınırlamasında.[8][19] Bu durumda sadece miktarı değil lipidler değişiklikler, aynı zamanda kompozisyon. Gözlendi triasilgliseroller nitrojen tükenmesinde büyük ölçüde artış varken diğer lipidler esas olarak kutup gliserolipidler, Bedava yağ asitleri ve diaçilgliseroller, biraz azaltın. deki artış triasilgliseroller nitrojen tükenmesinde diğerindeki azalmadan çok daha büyüktür. gliserolipidler, hücrelerin aktif olarak yeni sentezlediği hipotezini destekler triasilgliseroller sadece mevcut olanı dönüştürmek yerine lipidler içine triasilgliseroller.[20]

Süre triasilgliseroller birikir ve lipid damlacıkları büyür, diğer önemli morfolojik değişiklikler meydana gelir. kloroplastlar küçüldü ve karakteristik olan lipit miktarı fotosentetik membranlar önemli ölçüde azalır. Fotosentetik verim Azotu tükenmiş hücrelerde azalır, ancak hücre hayatta kalması ve büyümesi için hala yeterlidir. Eğer fotosentez gerçekten engellendi, Nannochloropsis hücreler büyümeyi durdurur, bu da güvendiklerini gösterir fotosentetik güneş enerjisi dönüşümü ve depolanmış değil karbonhidratlar veya lipidler enerji kaynağı olarak.[20]

Nannochloropsis normal büyüme koşullarında yetiştirilir ve bir nitrojen kaynağından yoksun bırakılır, 4-5 gün büyümeye devam eder. Analizi gen ifadesi için mekanizmalar ortaya koyuyor nitrojen asimilasyonu ve yeniden dağıtım, nitrojen kıtlığındaki hücrelerde aktive edilir ve kısmi bir yeniden yapılanma yoluyla hayatta kalmaya izin verir. hücresel metabolizma. Ücretsiz olarak dahil edilmesinden sorumlu genler amonyum içine glutamat (L-glutamin + 2-oksoglutarat + NADPH + H+ ← → 2 L-glutamat + NADP+) yukarı regüle edilir. Yukarı regülasyonu, hücrelerin minimum miktarda asimile etme kapasitesini arttırır. amonyum nihayetinde ortamda bulunur ve daha da önemlisi, parçalayıcı işlemlerle salınabilen hücre içi amonyumu asimile etmelerine izin verir. Transkriptomik azottan yoksun veriler Nannochloropsis kültürler gösteriyor ki çeşitli enzimler amonyum salgılayan bozunma süreçlerinden sorumlu olanlar gerçekten yukarı düzenlenmiştir. Ayrıca, proteinlerin kontrollü degradasyonunda yer alan proteinleri kodlayan genlerin ekspresyonu, hücresel bileşenlerin bozunması ve geri dönüşümü için kullanılan sitozolik sekestrasyon veziküllerinin oluşumunda yer alan diğerleri ile birlikte artar.[11]

Makine gen ifadesi nın-nin kloroplast ve mitokondri aşağı düzenlenmiştir Nannochloropsis nitrojen tükenmesine yanıt olarak.[11][12]

Corteggiani Carpinelli ve arkadaşları (2013)[11] tam bir analizini rapor et gen ifadesi nın-nin Nannochloropsis 3 gün ve 6 gün süreyle normal koşullarda ve nitrojen yoksunluğunda yetiştirilen kültürler. Benzer koşullara ilişkin veriler de Radakovits ve diğerleri tarafından toplanmıştır. (2012)[12] ve Vieler ve ark. (2012).[13] Tüm bu veriler, ilgili genlerin yağ asidi ve triasilgliserol biyosentez hücrelerde her zaman bol miktarda bulunur ve ifade biriken yağ miktarı ile korele değildir. Ayrıca ifade of genler dahil triasilgliseroller bozulma önemli değil aşağı regüle gibi triasilgliseroller biriktirmek. Deneysel verilerin önerdiği genel sonuç şudur: Nannochloropsis kurucu olarak üretir triasilgliseroller ve nitrojen yoksunluğunu izleyen metabolik yeniden yapılanmanın bu yol boyunca substrat akışını arttırdığını ve bu da artan metabolik akışı sürdürebildiğini gösterir. Corteggiani Carpinelli ve arkadaşları (2013)[11] deneysel koşullarında, fotosentez ana enerji kaynağı ve aşağı regülasyondur. mitokondrinin metabolik aktivitesi içine giren substratların miktarının artırılmasında belirleyicidir. yağ asidi biyosentetik yolu. Daha fazla ise öncüler mevcuttur, daha fazlası yağ asitleri sentezlenir ve sonuç olarak daha fazla triasilgliseroller yağ damlacıkları olarak üretilir ve hücrelerde birikir.

Dong vd. (2013)[21] çeşitli türlerin bolluğunun bir miktarını rapor edin proteinler kültürlerinde Nannochloropsis eki ile büyümüş CO2 ve nitrojenden mahrum. Farklı deneysel koşullara rağmen, aynı zamanda proteomik çalışma, birikimlerinin hipotezini destekliyor gibi görünüyor. triasilgliseroller metabolik akının artması nedeniyle yağ asidi biyosentetik yolu. Yazarlar, deneysel koşullarında şu hipotezi ileri sürüyorlar: depolama şekerleri ve yukarı düzenleme glikoliz substratların artmasından sorumludur. patika.

Daha yakın zamanlarda Li ve arkadaşları (2014)[22] kültürlerinden kapsamlı deneysel veriler topladı Nannochloropsis oculata IMET1 yeterli nitrojen ve azotu tükenmiş ortamda büyümüştür. Analizlerine göre, katabolizma nın-nin karbonhidratlar ve proteinler ile birlikte yukarı düzenleme çeşitli atanmış genlerin yollar (sitosolik glikoliz üreten yol piruvat; ek veren PDHC baypas asetil-CoA; ve birleştirme TCA mitokondriyal reaksiyonlar β-oksidasyon ) karbon öncüllerinin arzını artırmak için talep edilmesi gereken yağ asidi biyosentetik yolu. Yine de yazarlar, bunun artmış sentez olmadığını öne sürüyorlar. yağ asitleri bu, hücrelerin içinde yağ birikmesine yol açar, ancak daha çok yukarı düzenleme dahil olan genlerin triasilgliserollerin montajı son yağ konsantrasyonunu belirleyen. Başka bir deyişle, nitrojen tükenmesi durumunda, yukarı düzenleme of Transcript anahtar genlerin seviyesi triaçilgliserol montajı, içinde olanlar yerine yağ asitleri biyosentezi, bu hızlanmaya yol açar triasilgliserol üretim.

2017 yılında, ExxonMobil ve Synthetic Genomics tarafından ortaklaşa finanse edilen bir çalışma, CRISPR-Cas9 ters genetik boru hattı uygulamaları ve nitrojen açlığı yoluyla Nannochloropsis gaditana'da lipit yüzdelerinde bir atılım gerçekleştirdi - toplam karbonun% 20'den lipidlere bölünmesini iyileştirdi (vahşi tip) % 40-45'e kadar (mutant tipi).[23]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Hibberd, D. J. (1981). "Eustigmatophyceae ve Tribophyceae (eşanlamlı Xanthophyceae) alg sınıflarının taksonomisi ve isimlendirilmesi üzerine notlar". Linnean Topluluğu Botanik Dergisi. 82 (2): 93–119. doi:10.1111 / j.1095-8339.1981.tb00954.x.
  2. ^ Hibberd (1981). "Eustigmatophyceae ve Tribophyceae (Eşanlamlı Xanthophyceae) alg sınıflarının taksonomisi ve isimlendirilmesi üzerine notlar". Linnean Topluluğu Botanik Dergisi. 82 (2): 93–119. doi:10.1111 / j.1095-8339.1981.tb00954.x.
  3. ^ Fawley (2007). "Yeni Taksa Tanımları ile Tatlı Su Nannochloropsis (Eustigmatophyceae) Çeşitliliği ve Ekolojisi Üzerine Gözlemler". Protist. 158 (3): 325–336. doi:10.1016 / j.protis.2007.03.003. PMID  17576099.
  4. ^ Andersen, R. A .; Brett, R. W .; et al. (1998). "Eustigmatophyceae Phylogeny of the Eustigmatophyceae, Nannochloropsis'e vurgu yaparak 18s rDNA'ya dayalıdır". Protist. 149 (1): 61–74. doi:10.1016 / S1434-4610 (98) 70010-0. PMID  23196114.
  5. ^ Lubian, L. M .; et al. (2000). "Nannochloropsis (Eustigmatophyceae) ticari olarak değerli pigmentlerin kaynağı olarak ". Journal of Applied Phycology. 12 (3/5): 249–255. doi:10.1023 / A: 1008170915932.
  6. ^ Kandilian, R .; Lee, E .; Pilon, L. (2013). "Farklı ışınımlar ve spektrumlar altında büyüyen Nannochloropsis oculata'nın radyasyonu ve optik özellikleri". Biyolojik kaynak teknolojisi. 137: 63–73. doi:10.1016 / j.biortech.2013.03.058. PMID  23587810.
  7. ^ Assaf Şükenik, Y. C. T. B. (1989). "Eustigmatophyte Nannochloropsis sp'de yağ asidi bileşiminin ışınım seviyesine göre düzenlenmesi". Journal of Phycology. 25 (4): 686–692. doi:10.1111 / j.0022-3646.1989.00686.x.
  8. ^ a b Boussiba, S .; Vonshak, A .; Cohen, Z .; Avissar, Y .; Richmond, A. (1987). "Halotolerant mikroalg Nannochloropsis salina ile lipit ve biyokütle üretimi". Biyokütle. 12: 37–47. doi:10.1016/0144-4565(87)90006-0.
  9. ^ Kilian, O .; Benemann, C. S. E .; Niyogi, K. K .; Vick, B. (2011). "Yağ üreten alg Nannochloropsis sp'de yüksek verimli homolog rekombinasyon". Proc. Natl. Acad. Sci. AMERİKA BİRLEŞİK DEVLETLERİ. 108 (52): 21265–21269. doi:10.1073 / pnas.1105861108. PMC  3248512. PMID  22123974.
  10. ^ Lubian, L.M. (1982). "Nannochloropsis gaditana sp. nov., yeni bir Eustigmatophyceae marina türü ". Lazaroa. 4: 287–293.
  11. ^ a b c d e f g h ben Corteggiani Carpinelli, E .; et al. (2013). "Nitrojen tükenmesinde Nannochloropsis gaditana'nın kromozom ölçeğinde genom montajı ve transkriptom profili". Moleküler Bitki. 7 (2): 323–335. doi:10.1093 / mp / sst120. PMID  23966634.
  12. ^ a b c d e Radakovits, R .; et al. (2012). "Yağlı alg Nannochloropis gaditana'nın taslak genom dizisi ve genetik dönüşümü". Nat Commun. 3 (2): 686. doi:10.1038 / ncomms1688. PMC  3293424. PMID  22353717.
  13. ^ a b c d e f Vieler, A .; et al. (2012). "Heterokont Oleaginous Alga Nannochloropsis oceanica CCMP1779'un Genomu, Fonksiyonel Gen Ek Açıklaması ve Nükleer Dönüşümü". PLOS Genet. 8 (11): e1003064. doi:10.1371 / journal.pgen.1003064. PMC  3499364. PMID  23166516.
  14. ^ Liang, C .; et al. (2012). "Nitrojen Açlıktan Sonra Nannochloropsis sp. (Eustigmatophyceae) 'nin De Novo Sekanslama ve Global Transkriptom Analizi". Bioenerg. Res. 6 (2): 494–505. doi:10.1007 / s12155-012-9269-0.
  15. ^ Arnold, A. A .; et al. (2014). "Tam mikroalgal hücrelerin lipit ve sakarit bileşenlerinin 13C katı hal NMR ile tanımlanması". Biochimica et Biophysica Açta (BBA) - Biyomembranlar. 1848 (1 Pt B): 369–377. doi:10.1016 / j.bbamem.2014.07.017. PMID  25065670.
  16. ^ Elisa Corteggiani Carpinelli e Nicola Vitulo Yayınlanmamış verilere şu adresten ulaşılabilir: Nannochloropsis gaditana genom portalı Arşivlendi 2013-10-29'da Wayback Makinesi
  17. ^ Wang, Dongmei; Ning, Kang; Li, Jing; ve ark .; Xu, Jian (Ocak 2014). "Nannochloropsis Genomları Mikroalgal Oleajinöz Özelliklerin Evrimini Gösteriyor". PLOS Genetiği. 10 (1): e1004094. doi:10.1371 / journal.pgen.1004094. PMC  3886936. PMID  24415958.
  18. ^ Lu; et al. (2014). "Kolesterol biyosentetik yolunun düzenlenmesi ve yağlı mikroalglerde yağ asidi biyosentezi ile entegrasyonu Nannochloropsis oceanica". Biyoyakıtlar için Biyoteknoloji. 7: 81. doi:10.1186/1754-6834-7-81. PMC  4052811. PMID  24920959.
  19. ^ Rodolfi, L; Zittelli, Chini; et al. (2008). "Yağ için mikroalg: düşük maliyetli bir fotobiyoreaktörde suş seçimi, lipid sentezinin indüksiyonu ve açık havada kitle yetiştirme". Biyoteknoloji ve Biyomühendislik. 102 (1): 100–12. doi:10.1002 / bit.22033. PMID  18683258.
  20. ^ a b Simionato, Diana; Block, Maryse A .; Rocca, Nicoletta La; Jouhet, Juliette; Maréchal, Eric; Finazzi, Giovanni; Morosinotto, Tomas (2013). "Yanıtı Nannochloropsis gaditana nitrojen açlığı, triasilgliserollerin de novo biyosentezini, kloroplast galaktolipidlerin azalmasını ve fotosentetik aparatın yeniden düzenlenmesini içerir ". Ökaryotik Hücre. 12 (5): 665–676. doi:10.1128 / EC.00363-12. PMC  3647774. PMID  23457191.
  21. ^ Dong, HP; Williams, E; Wang, DZ; Xie, ZX; Hsia, RC; Jenck, A; Halden, R; Li, J; Chen, F; Yer, AR (2013). "Yanıtları Nannochloropsis oceanica IMET1'den uzun vadeli nitrojen açlığı ve iyileşme ". Bitki Fizyolojisi. 162 (2): 1110–1126. doi:10.1104 / sayfa.113.214320. PMC  3668043. PMID  23637339.
  22. ^ Li, Jing; Han, Danxiang; Wang, Dongmei; Ning, Kang; Jia, Jing; Wei, Li; Jing, Xiaoyan; Huang, Shi; Chen, Jie (2014). "Transkriptom ve lipidomların koreografisi Nannochloropsis mikroalglerde yağ sentezi mekanizmalarını ortaya koyuyor ". Bitki hücresi. 26 (4): 1645–1665. doi:10.1105 / tpc.113.121418. PMC  4036577. PMID  24692423.
  23. ^ Ajjawi, Imad; Verruto, John; Aqui, Moena; Soriaga, Leah B; Bakırcı, Jennifer; Kwok, Kathleen; Şeftali, Luke; Orchard, Elizabeth; Kalb, Ryan (2017). "Lipid üretimi Nannochloropsis gaditana tek bir transkripsiyonel regülatörün ifadesi azaltılarak ikiye katlanır ". Doğa Biyoteknolojisi. 35 (7): 647–652. doi:10.1038 / nbt.3865. PMID  28628130.

Dış bağlantılar