성장하고 영양소의 역학 Ochromonas sp., 변형,BG-1
Phagotrophy 여 광합성 flagellates 믿을 부여 중요한 생태적 이점은 조류에는 동작을 나타냅니다(플린과 Mitra,2009),하지만 거기에도 나타나는 것을 제한(하지만 크게 새롭거나)를 수행하기위한 혼합영양에서 동시에 단세포(레이븐,1997). 이러한 제약 조건을 포함할 수 있습는 비용 또는 장단점을 유지를 위한 듀얼 셀룰러 기계(비교하여 전문화된 경쟁자),또는 아마도 십자가 이야기 사이의 신진대사와 이화학적 경로는 부끄럽게 하시고의 성능을 모두 활동을 동시에., 불행하게도,이는 거의 없을 정량에 대한 정보의 비용과 혜택의 mixotrophic 행동으며,는지 여부를 모두 프로세스를 수행 순차적으로 또는 동시에 이러한 종합니다. 시간적 분할될 수 있는 메커니즘을 유지하는 능력에 분포(이기는 하지만 한 프로세스의 개최에’주어진 시간에)., 을 평가하는지 여부를 모두 행동이 발생하는 동시에,특정 생리적 혜택(s)for heterotrophic 영양 mixotrophic 해조류,그리고 응답성이 동작하 abiotic 및 biotic 변수의 측면 mixotrophic 영양되는 어려운 설정을 사용하여 전통적인 접근 방식 및 방법입니다.
우리는 mixotrophic chrysophyte Ochromonas sp 를 연구했다., 변형 BG-1 할 수 있기 때문에 재배에서 무균 배양(박테리아 무료)및 그 이전에 보고하는 것 주로 heterotrophic 유기체는 달성 높은 성장 속에서만 존재의 박테리아(샌더스 et al., 2001). 에서 성장 무균 문화를 막을 잠재적으로 복잡한 생물학적 상호 작용을 원소의 흐른 결과로서의 활동이 다른 생에서 미생물의 문화,그로 인하여 사용 비교 사 nanoSIMS 및 대량 IRMS 측정 및 더 나은 이해의 특정원은 탄소와 질소의 사용에 대한 성장에 의해니다.,
또한 사용을 하나의 무기물 소스의 질소 간체의 실험적 디자인도록 만원에서 질소의 중간이었 암모늄 또는 HKB. 조류는 일반적으로 소유하는 메커니즘에 대한 통풍관 및 동화 모두의 암모늄과 질산염,하지만 transcriptomic 데이터를 나타내는 어떤 chrysophytes 포함 Ochromonas sp. 균주 BG-1,질산염 동화에 대한 유전 적 능력이 누락되었을 수 있습니다(Terrado et al.,2015;거짓말 등., 2017)., 또한,이것이 질소의 대체 공급원을 제공했을 수도 있기 때문에 MES 완충제는 우리의 실험에서 배지에 첨가되지 않았다. MES 는 또한 alga 를위한 유기 탄소의 공급원을 구성했을 수도있다(Sanders et al.,2001),그리고 그 제거는 매질에서 탄소의 유일한 공급원이 중탄산염 또는 HKB 중 하나라는 것을 보장했다. 이 원고에 제시된 것과 같은 방식으로 수행 된 실험에서 Transcriptomic 분석은 ochromonas sp 의 광합성 기계가 있음을 보여줍니다. 균주 BG-1 은 빛의 존재 하에서 발현되고 상향 조절된다(Lie et al., 2017)., 이 간단한 방법과 함께 안정적인 동위 원소 라벨을 결정하는 원본(s)의 질소,탄소 위해 사용되었다는 성장에 의해니다.
현재 연구에서 Ochromonas 의 유의 한 성장률은 hkb 가 먹이로 풍부한 동안에 만 달성되었다(그림 1a). Chl dynamics 문화에도 반영되는 높은 성장율로 인해 방목에 HKB,의 농도로 Chl 셀−1 하나 감소한 크기의 순서는 동안 첫 번째 48h 의 배양한 문화에서 성장 빛에서뿐만 아니라 지속적인 어둠(그림 1d)., 세포 엽록소의 이러한 변화는 alga 의 높은 성장률로 인해 세포 내부의 Chl a 의 희석과 관련이있을 수 있습니다(Hansen et al. Chl a 세포−1 의 감소는 조류의 빠른 성장 속도의 결과 였고 엽록소 생합성 속도의 직접적인 감소는 아니었다. 그럼에도 불구하고,그것을 가능성도가 있었 일부 규정의 엽록소는 생합성 경우 HKB 존재로 transcriptomic 에 대한 분석이조류 제 upregulation 유전자와 관련된 엽록소 합성에의 존재는 가벼운 경우 HKB 고갈(거짓말 et al., 2017)., 어쨌든,이러한 관찰은 Ochromonas 에 대한 이전 연구와 합의되어있다(Pringsheim,1952;Sanders et al. 2001 년)를 관찰 하는 잘 발달 된 heterotrophic 기능을 제안하는 탄소를 고정하고 아마도 다른 세포 구조와 관련된 프로세스에서 광합성은 감소될 때 성장하는 mixotrophically,으로 관찰한 몇몇 다른 조류(Wan et al., 2011).
용해 된 암모늄뿐만 아니라 인산염은 hkb 가 활발히 스쳐되었을 때 실험 첫 48 시간 동안 Ochromonas 배양 물에 축적되었다(그림 2)., 이 결과는 스쳐진 hkb 로부터의 과량의 질소와 인이 조류에 의해 배설되었음을 나타낸다. 질량 균형에 따라 계산을 변경하에서 먹이/조류 나타났는데 그들은 셀룰러 질소 내용이 표시는 최고 50%의 질소에 포함된 소비 HKB 동화되었으로 조절하는 동안 상당한 금액을 초과 질소가 발표되었으로 주로암모늄의 기간 동안 활성 박테리아의 방목(그림 2)., 이러한 값은 질소 동화(와 배설물)는 일관성과 동화 효율성의 heterotrophic 원생생물의 유사한 크기(Taylor,1982;Caron 과 골드만,1990),와 일치하는 결론 Ochromonas 성분 heterotroph 때 먹었던 풍부합니다. 또한,transcriptomic 분석은 ochromonas sp 에 의해 상이한 암모늄 수송 체가 발현된다는 것을 입증했다. 박테리아가 매우 낮은 풍부도로 스쳐진 후 성장에 비해 HKB 에서 성장하는 균주 BG-1(Lie et al., 2017)., 그러므로 나타나는 운송에 대한 수출 암모늄 세포에서와 다를 수 있습에 사용된 암모늄 흡수로,관찰되었을 위한 다른 생물체(Shnaiderman et al., 2013).
흥미롭게도,농도의 암모늄,하지만 인산염 감소,중간에 한번 HKB 을 제거 했으로 방목(즉,후 48h;그림 2)Ochromonas 에서 성장 빛입니다., 이 결과가 나타나는 조류 적극적으로 갔고 암모늄(하지만산염)중간에서 박테리아는 더 이상 사용할 수 있고는 광합성을 유도했다(그림 1d). 반면에,모두 암모늄 인산염 문화에서 성장하 어둠 속에서 계속 상승하는 실험을 통해(점선 그림 2). 더 중요한 순 조류 인구 성장이 발생한 다음의 고갈 먹이도에서,그리고 설명을 위해 이분법의 흡수에 이러한 두 가지 요소가 불분명합니다., 우리는 암모늄이 세포의 광합성 기계를 재건하기 위해 특별히 요구 되었기 때문에 채택되었다고 추측합니다.
지속적인 모양의 인산에서 문화 중간 중에 나중에 일부의 실험과 대조적 연구의 일부는 다른 Ochromonas 종는 보고가 있는 통풍관의 인산염을 때 조류 성장 autotrophically(Rothhaupt,1996)., 의 부족 인산에 의해 통풍관 변형 BG-1 나타낼 수 있는 이 Ochromonas 불능의 효과적인 인산염귀(수있는 또한 설명 부분에서,가난한 성장 광합성 능력이 스트레인),또는 인가 필요하지 않았고에서 상당한 금액에 대한 세포 구조 조정과 관련된 변경하는 광합성,성장하고 따라서 흡수되지 않았 자극에 의해 변경 phototrophy., 그것은 가능성이 계속 증가에 집중 인산염의었으로 인해의 분해 용존 유기농 인 화합물에서 중소기 때문에 문화가 없었다 살아있는 박테리아.
추론에서 안정적인 동위 원소 조사 실험
안정 동위 원소분석(nanoSIMS 및 대량 원소 분석-IRMS)밝혀 무기(13C-중탄산 및 15N-암모늄)기판 및 13C/15N-labeled HKB 에 의해 동화되었 Ochromonas 에 기여하고,15N 및 13C 셀룰러 농축한 후에 48 시간 부의(그림 4)., 그러나 크기의 농축에서 무기 기판 또는 HKB 표시되는 동안,mixotrophic 성장,기본 소스의 탄소와 질소에서 파생되었습니다 phagotrophy. 동위원소량 균형을 표시 88-95%의 질소 및 84-99%의 탄소에서 파생되었습니다 HKB 때 Ochromonas 성 mixotrophically 에서는 빛입니다. 13c-중탄산염이 이용 가능할 때(그림 4)어둠(실험 1 대 실험 3)에 비해 빛에서 자란 조류에서 13C 의 농축이 관찰되었다., 그러나 광합성 탄소 고정의 계산 된 기여도는 바이오 매스로 동화 된 탄소의 1-10%에 불과했다. 의 효율성 질소의 법인에서 먹이에서 관찰된 가벼운 상대를 지속적인 어둠(그림 3;실험 1,2vs 실험 3)제안한 빛의 역할을,이기는 하지만 사소한 하나에 phagotrophic 효율성의 조류., 따라서도 불구하고,상의 감소에서 광합성의 기계 Ochromonas 성장하는 phagotrophically 에 HKB(에 의해 입증으로 낮은 셀 할당량의 Chl a;그림 1d),빛이 있었 부과에 긍정적인 영향을 조류에 영양을 공급합니다. 기 때문에 양의 탄소가 광합성에 의해 고정 표현하는 작은 분수의 탄소 흡수에 의해 해조류 성장을 할 때에 HKB,우리가 추측하는 광합성 장치를 제공하고 있는 것일 수 있습보다는 에너지에 대한 탄소 세포 물질,그것이었다는 가설에 대한 Ochromonas danica(Wilken et al., 2014).,
우리의 동위 원소 질량 균형 계산에는 두 가지주의 사항이 있습니다. 첫째,우리는 통제하지 않았다 pH 진화 내에서 문화는 것이 주어진 더 나은지에 대한 통찰력의 탄산염 평가에 의해 영향을 받 호흡 및 탄소 수정 및 교환됩니다. 이와 같이 우리의 추정에 기반을 사용하는 실험이블 무기 탄소할 수 있습을 과소평가 양의 무기 탄소에 의해 고정 Ochromonas sp. Bg-1(동위 원소 질량 균형에 따라 1%)., 어떤 경우에,실험을 사용하여 표시 HKB 이 없어야에 의해 영향을 받은 이주의,그리고 견적의 10%의 탄소에서 파생된 무기 기판이 현실이다. 둘째,Ochromonas 는 누락 된 탄소 농도 메커니즘으로 인해 비효율적 인 탄소 정착액으로 간주됩니다(Maberly et al. Rubisco 효소에 CO2 및/또는 중탄산염의 수송을 통해 CO2 농도를 증가시키는 2009)(Raven et al., 2008). 다른 한편,transcriptomic 분석은 균주 BG-1 의 광합성 기계가 기능적이라는 것을 보여 주었다(Lie et al., 2017 년),우리의 실험용 로 표시된 중탄산 보여주었의 농축 13C 분수에서 풍부한 Ochromonas(그림 4 와 5);따라서,Ochromonas sp. 스트레인 BG-1 은 비효율적이기는하지만 무기 탄소를 사용할 수있는 능력이 있습니다.
그럼에도 불구하고,mixotrophically 성장하면서 Ochromonas 의 강한 이종 영양 활성은 세포 내 CO2 풀뿐만 아니라 플럭스를 증가시킬 가능성이있다. 엄지 손가락의 규칙으로,heterotrophic protists 는 섭취 한 유기 물질의 40%를 동화하는 반면,30%를 방출하고 또 다른 30%를 호흡하는 것으로 간주됩니다(썰매,1989)., 이를 바탕으로,총 탄소의 양에 의해 발표 Ochromonas 로 CO2 수적으로 성장 하는 동안 수 있는 높은 것으로 총 중탄산 추가 시작 부분에서의 배양에있는 결과에 대한 동위원소량 균형을 우리가 제공됩니다. 라고 가정하면 동위 원소가 풍부 CO2 에서 파생된 HKB 호흡할 수 있으로 동일한 수준에 용해 된 무기 탄소 배양을 수행 Ochromonas 및 분류 HKB 표~84%의 탄소에서 파생되었 HKB., HKB 에서 유래 된 동화 된 탄소의 최대 20%는 실제로 초기에 호흡 된 다음 Ochromonas 에 의해 고정 된 탄소에 해당 할 수 있습니다. 올바른 경우,식균 작용으로부터 유래 된 호흡은이 오크로 모나스에 대한 종류의 탄소 농도 메커니즘으로 작용할 것이다. 면서의 기본 소스에 대한 탄소 Ochromonas 성장하는 mixotrophically 에서 파생되었 HKB,non-무시할 금액에서 유래되었을 수 있습니다 호흡 다음 CO2 정의 세균성적이다.,
Ochromonas 이동 신진 대사를 향해 autotrophy 때 배양에 빛이지만,후에 고갈 HKB 에서 문화(≈48h 의 성장). 이러한 변화에 반영되었다는 대량 IRMS13C 분수 풍부한 치료를 사용하여 표시 HKB 이 감소 관리 48h145 간(실험 2 에 그림 5),의 지표의 설립 레이블이 없는 탄소로 조류 바이오매스는 빛을 통해 프로세스입니다. Chrysophytes 는 일반적으로 빈약 한 탄소 농도 메커니즘으로 인해 빈약 한자가 영양성 탄소 정착액으로 간주됩니다(Maberly et al., 2009)., 그럼에도 불구하고 이러한 결과는 상당한 수준의 무기 탄소 동화가 있었음을 나타냅니다. 의 비교 문화에서 성장 빛(1 실험에서 그림 5)과 지속적인 어둠(실험에서 3 그림 5)밝혔 15N 소수의 풍부한 어두운 문화를 변경하지 않은 후에 95h 는 동안 문화에서 빛이 계속하여 풍부에서 15N,을 나타내는 Ochromonas 계속 동화 질소 유지를 위해 신진 대사를 한 번 HKB 고갈., 이러한 결과들과 일관성을 관찰 감소에 집중의 염화 매체에서 이 기간 동안에는(그림 3)지만,지속적인 모양의 인산 매체에서 이 기간 동안 설명할 수 없는.
우리는 얻을 좋은 전체 계약이 동위원소량 측정 및 nanoSIMS 측정에 대한 질소,관찰과 일치에 이전 연구(Popa et al.,2007;고아와 집,2009;Kopf 외.,2015;그림 4c)., 그러나 벌크 측정은 특히 고농축 샘플의 경우 탄소에 대한 분수 풍부도 값의 관점에서 다소 낮았다(그림 4d). 우리가 추측 사이의 차이점 nanoSIMS 및 동위원소량 측정에 대한 탄소될 수 있다는 사실에 관련된 nanoSIMS 샘플 보존되었으로 글는 반면,샘플이 대량으로 분석하지 않았다. 고정은 세포질 탄소에 영향을 미치는 것으로 나타났다(Musat et al. 우리는 이것이 벌크 값을 기준으로 nanoSIMS 측정에서 13C 를 희석시킬 것으로 예상했을지 모르지만., 보다 가능성있는 설명은 단일 세포 측정이 덜 농축 될 수있는 배양 물에서 세포 파편의 영향을받지 않는다는 것이다. Bulk13C 가치 희석할 수 있습에 의해 이러한 구성 요소에 상대적 nanoSIMS 측정 암시 nanoSIMS 데이터 수 있는 더 정확하게 반영 탄소와 질소 흡수에 의하여 조류. 그러나,세포 대 세포 변동성은 또한 벌크 및 나노심 측정 사이의 사소한 차이에 기여했을 수있다.,
의 사용 nanoSIMS 이 연구에서는 먼저 응용 프로그램으로의 연구는 탄소하고 영양속에 mixotrophic 조류,사의 더 나은 이해 탄소와 에너지를 취득하여 이러한 종류 및 세포 물질 대사입니다. 우리의 연구 결과는 Ochromonas sp 의 전통적인 분석에서 사용할 수있는 정보를 확장합니다. 빛과 먹이 가용성의 다양한 조건에서 성장한 균주 BG-1(Sanders et al.,2001),성장에 사용되는 질소와 탄소의 대부분이 박테리아 먹이를 통해 얻어지는 것을 확인한다., 지만 결과할 수 없습니다 직접 추정하는 모든 종을 따라 연속체의 조류와 다른 mixotrophic 전략을,우리의 작업을 검증을 사용의 안정 동위 원소 조사 실험 nanoSIMS 를 더 잘 이해하기 위해 대사의 토대 mixotrophy 에서 하나 종합니다. 또한,환경 샘플에서 혼합 영양 영양을 평가하기위한 접근법을 제공합니다. Ochromonas sp. 변형 BG-1 제공하는 이상적인 모델은 시스템 비교를 위한 대량 동위 원소 분석을 nanoSIMS 기 때문에 박테리아를 신속하게 제거 방목에서 첫 번째 48h 의 실험입니다., 계약 사이에 이러한 두 가지 측정 하는 방법을 보여 줍 nanoSIMS 정확하게 캡처의 역동성탄소와 영양분 획득에서는 이 하 여 mixotroph 함수를 가능성이 있고,따라서 더 광범위하게 적용되는 탐험 mixotrophy 에서 복잡한 혼합 지역 사회는 대량을 측정 것을 파악하기에 충분하지 않는 이러한 dynamics. 이것과 미래의 상세한 연구는 혼합 영양 조류의 영양에 대한 우리의 이해의 개선을 계속 산출 할 것입니다.피>