Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Cyanidioschyzon merolae
Cyanidioschyzon merolae 10D.jpg
Научная классификация редактировать
(без рейтинга):Archaeplastida
Разделение:Родофита
Учебный класс:Cyanidiophyceae
Заказ:Цианидиалы
Семья:Цианидиевые
Род:Cyanidioschyzon
Разновидность:
С. merolae
Биномиальное имя
Cyanidioschyzon merolae
П. Де Лука, Р. Таддеи и Л. Варано, 1978 [1]

Cyanidioschyzon merolae - это небольшая (2 мкм) булавовидная одноклеточная красная гаплоидная водоросль, адаптированная к высокосернистой среде горячих источников (pH 1,5, 45 ° C). [2] [3] Клеточная архитектура C. merolae чрезвычайно проста, она содержит только один хлоропласт и одну митохондрию, а также лишена вакуоли и клеточной стенки . [4] Кроме того,делениеклеток и органелл может быть синхронизировано. По этим причинам C. merolae считается отличной модельной системой для изучения процессов деления клеток и органелл, а такжебиохимия и структурная биология . [5] [6] [7] Геном организма был первым полным геномом водорослей, секвенированным в 2004 году; [8] его пластида была секвенирована в 2000 и 2003 годах, а его митохондрия - в 1998 году. [9] Организм считается простейшим из эукариотических клеток из-за его минималистичной клеточной организации. [10]

Выращивание красной водоросли C. merolae в колбах и 10-литровых бутылях . Несмотря на то, классифицируется как красная водоросль, С. merolae сине-зеленый: она делает мало , если какая - либо из красного пигмента фикоэритрина , [11] и , следовательно , только отображает второй красно-водорослевый пигмент, фикоцианин , а зеленый пигмент хлорофилл . [11]

Изоляция и рост в культуре [ править ]

Первоначально выделяет De Luca в 1978 году от solfatane фумарол Флегрейских Полей ( Неаполь, Италия ), [2] С. merolae можно выращивать в культуре в лаборатории в модифицированной среде Аллена (MA) [7] или измененный вид с дважды концентрация некоторых элементов называется MA2. [10] [12] При использовании среды МА скорость роста не особенно высока, время удвоения (время, необходимое культуре микробов для удвоения количества клеток на единицу объема) составляет примерно 32 часа. [7] Используя более оптимальную среду MA2, время можно сократить до 24 часов. [7] Культивирование проводят при 42 ° C под белым флуоресцентным светом с приблизительной интенсивностью 50 мкмоль фотонов м -2 с -1 (мкЭ). [10] Однако при более высокой интенсивности света 90 мкЕ с 5% CO 2, подаваемым через барботаж, скорость роста C. merolae может быть дополнительно увеличена, при этом время удвоения составляет примерно 9,2 часа. [7] Более высокий свет не обязательно полезен, так как выше 90 µE скорость роста начинает уменьшаться. [7] Это может быть связано с фотоповреждением фотосинтетического аппарата. C. merolae также можно выращивать на чашках с геллановой камедью для отбора колоний или поддержания штаммов в лаборатории. [7] C. merolae является облигатным кислородным фототрофом , что означает, что он не способен поглощать фиксированный углерод из окружающей среды и должен полагаться на кислородный фотосинтез для связывания углерода из CO 2 . [10]

Геном [ править ]

В 2004 г. был секвенирован 16,5- мегабайтный парный геном C. merolae . [3] Уменьшенный, чрезвычайно простой, компактный геном состоит из 20 хромосом и, как было обнаружено, содержит 5 331 ген, из которых 86,3% экспрессируются и только 26 содержат интроны , содержащие строгие согласованные последовательности. [3] Поразительно, что геном C. merolae содержит только 30 генов тРНК и крайне минимальное количество копий гена рибосомной РНК [3], как показано в таблице сравнения геномов . Уменьшенная природа генома привела к нескольким другим необычным особенностям. Большинство эукариот содержат около 10 копий динаминов.требуется для защемления мембран для разделения разделяющих частей, C. merolae содержит только два, [3] факт, который исследователи использовали в своих интересах при изучении деления органелл.

Несмотря на небольшой размер генома, [8] геном хлоропласта C. merolae содержит много генов, отсутствующих в геномах хлоропластов других водорослей и растений. [13] Большинство его генов не имеют интронов. [8]

Молекулярная биология [ править ]

Как и в случае с большинством модельных организмов, генетические инструменты были разработаны для C. merolae . К ним относятся методы выделения ДНК и РНК из C. merolae , введение ДНК в C. merolae для временной или стабильной трансформации, а также методы отбора, включая ауксотроф урацила, который можно использовать в качестве селективного маркера.

Выделение ДНК [ править ]

Некоторые методы, основанные на протоколах цианобактерий , используются для выделения ДНК из C. merolae . [10] [14] Первый - это экстракция горячим фенолом, которая представляет собой быструю экстракцию, которую можно использовать для выделения ДНК, подходящей для амплификации с помощью ДНК- полимеразной цепной реакции (ПЦР), [10] [15], когда фенол добавляется к целому клетки и инкубировали при 65 ° C для извлечения ДНК. [10] Если требуется более чистая ДНК, можно использовать метод CTAB (бромид цетилтриметиламмония). В этом методе сначала применяется буфер для экстракции с высоким содержанием соли, и клетки разрушаются, после чего смесь хлороформ-фенол используется для экстракции ДНК при комнатной температуре. [10]

Выделение РНК [ править ]

Тотальную РНК можно экстрагировать из клеток C. merolae, используя вариант метода горячего фенола, описанный выше для ДНК. [10]

Извлечение белка [ править ]

Как и в случае с ДНК и РНК, протокол экстракции белка также является адаптацией протокола, используемого для цианобактерий. [10] [16] Клетки разрушают с помощью стеклянных шариков и встряхивания в 10% глицериновом буфере, содержащем восстанавливающий агент DTT для разрыва дисульфидных связей в белках. [10] Эта экстракция приведет к получению денатурированных белков, которые можно использовать в гелях SDS-PAGE для вестерн-блоттинга и окрашивания Кумасси .

Выбор трансформанта и ауксотрофная линия урацила [ править ]

C. merolae чувствителен ко многим антибиотикам, обычно используемым для отбора успешно трансформированных особей в лаборатории, но устойчив к некоторым, особенно к ампициллину и канамицину . [7] [17]

Обычно используемый маркер отбора для трансформации C. merolae включает ауксотроф урацила (требующий экзогенного урацила). Мутант был разработан путем выращивания C. merolae в присутствии соединения 5-FOA, которое само по себе нетоксично, но превращается в токсичное соединение 5-фторурацил с помощью фермента пути биосинтеза урацила, оротидина 5. '-Монофосфат (OMP) декарбоксилаза, кодируемая геном Ura5.3 . [7] Случайная мутация привела к появлению нескольких мутантов с потерей функции в Ura5.3 , которые позволили клеткам выжить в присутствии 5-FOA, пока был предоставлен урацил. [7]Трансформируя этот мутант с помощью ПЦР-фрагмента, несущего как интересующий ген, так и функциональную копию Ura5.3 , исследователи могут подтвердить, что интересующий ген был включен в геном C. merolae, если он может расти без экзогенного урацила.

Временная экспрессия, опосредованная полиэтиленгликолем (ПЭГ) [ править ]

В то время как хромосомная интеграция генов создает стабильный трансформант, временная экспрессия позволяет проводить краткосрочные эксперименты с использованием меченых или модифицированных генов в C. merolae . Временная экспрессия может быть достигнута с использованием метода на основе полиэтиленгликоля (PEG) в протопластах (растительные клетки с ферментативно удаленной жесткой клеточной стенкой), и поскольку C. merolae не имеет клеточной стенки, он ведет себя так же, как протопласт в целях трансформации. [12] Для трансформации клетки кратковременно подвергаются воздействию 30% ПЭГ с интересующей ДНК, что приводит к временной трансформации. [12] В этом методе ДНК воспринимается как кольцевой элемент и не интегрируется в геном организма, поскольку не существует гомологичных областей для интеграции.

Нацеливание на гены [ править ]

Чтобы создать стабильную мутантную линию, можно использовать нацеливание на ген, чтобы вставить интересующий ген в конкретное место генома C. merolae посредством гомологичной рекомбинации . Путем включения участков ДНК длиной в несколько сотен пар оснований на концах интересующего гена, которые комплементарны последовательности в геноме C. merolae , можно использовать собственный механизм репарации ДНК организма для вставки гена в эти области. [18] Здесь можно использовать ту же процедуру трансформации, которая используется для временной экспрессии, за исключением гомологичных сегментов ДНК, чтобы обеспечить интеграцию генома. [18]

Изображение C. merolae , полученное методом глубокого травления при замораживании, с помощью электронного микроскопа , на котором видны две клетки, в одной из которых пластида начала делиться. Предоставлено профессором Урсулой Гуденаф .

Изучение деления клеток и органелл [ править ]

Чрезвычайно простое деление, простая клеточная архитектура и способность синхронизировать деления у C. merolae делают его идеальным организмом для изучения механизмов деления эукариотических клеток и органелл. [3] [6] Синхронизация деления органелл в культивируемых клетках может быть очень простой и обычно включает использование световых и темных циклов. Химический агент афидиколин может быть добавлен для простой и эффективной синхронизации деления хлоропластов. [19] пероксис механизм деления был впервые установлен с помощью C. merolae в качестве системы, [20] , где пероксис разделение может быть синхронизировано с помощью микротрубочек -disrupting наркотиков оризалинв дополнение к светлым-темным циклам. [20]

Исследования фотосинтеза [ править ]

C. merolae также используется в исследованиях фотосинтеза . Следует отметить, что субъединица состав фотосистем в C. merolae имеют некоторые существенные отличия от других родственных организмов. [21] [22] Фотосистема II (ФСII) C. merolae , как и следовало ожидать, имеет особенно необычный диапазон pH, в котором она может функционировать. [21] [23] Несмотря на то, что механизм ФС II требует быстрого высвобождения протонов, а растворы с более низким pH должны изменять способность делать это, ФСII C. merolae способна обменивать и расщеплять воду с той же скоростью, что и другие родственные виды. [21]

См. Также [ править ]

  • Galdieria sulphuraria
  • Красные водоросли

Внешние ссылки [ править ]

  • Проект генома Cyanidioschyzon merolae

Guiry, MD; Гайри, GM (2008). « Cyanidioschyzon merolae » . AlgaeBase . Всемирное электронное издание, Национальный университет Ирландии, Голуэй.

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Cyanidioschyzon merolae»: новая водоросль термической кислой среды. П. Де Лука, Р. Таддеи и Л. Варано, Webbia, 1978
  2. ^ а б Де Лука П; Taddei R; Варано Л. (1978). « Cyanidioschyzon merolae  »: новая водоросль термической кислой среды ». Журнал таксономии и географии растений . 33 (1): 37–44. DOI : 10.1080 / 00837792.1978.10670110 . ISSN 0083-7792 . 
  3. ^ Б с д е ф MATSUZAKI М; Misumi O; Шин-и Т; Маруяма С; Такахара М; Miyagishima S; Мори Т; Nishida K; Ягисава Ф; Nishida K; Ёсида Y; Нисимура Y; Nakao S; Кобаяси Т; Момояма Y; Хигасияма Т; Minoda A; Sano M; Nomoto H; Оиси К; Hayashi H; Охта F; Nishizaka S; Haga S; Miura S; Моришита Т; Kabeya Y; Терасава К; Suzuki Y; Ishii Y; Asakawa S; Takano H; Охта Н; Kuroiwa H; Tanaka K; Симидзу Н; Sugano S; Сидел на; Нодзаки H; Огасавара Н; Kohara Y; Куроива Т. (2004). «Последовательность генома сверхмалой одноклеточной красной водоросли Cyanidioschyzon merolae 10D» . Природа . 428 (6983): 653–657. DOI : 10.1038 / nature02398. PMID  15071595 .
  4. ^ Роберт Эдвард Ли (1999). Психология . Издательство Кембриджского университета.
  5. ^ Kuroiwa T; Kuroiwa H; Сакаи А; Такахаши Х; Toda K; Ито Р. (1998). «Аппарат деления пластид и митохондрий». Int. Rev. Cytol . Международный обзор цитологии. 181 : 1–41. DOI : 10.1016 / s0074-7696 (08) 60415-5 . ISBN 9780123645852. PMID  9522454 .
  6. ^ а б Куроива (1998). «Примитивные красные водоросли Cyanidium caldarium и Cyanidioschyzon merolae как модельная система для исследования делящего аппарата митохондрий и пластид». BioEssays . 20 (4): 344–354. DOI : 10.1002 / (sici) 1521-1878 (199804) 20: 4 <344 :: aid-bies11> 3.0.co; 2-2 .
  7. ^ Б с д е е г ч я J Minoda А; Сакагами Р; Ягисава Ф; Куроива Т; Танака К. (2004). «Улучшение условий культивирования и доказательства ядерной трансформации путем гомологичной рекомбинации в красной водоросли Cyanidioschyzon merolae 10D» . Physiol растительных клеток . 45 (6): 667–671. DOI : 10.1093 / PCP / pch087 . PMID 15215501 . 
  8. ^ a b c Мацузаки, М .; и другие. (2004). «Последовательность генома сверхмалой одноклеточной красной водоросли Cyanidioschyzon merolae 10D» . Природа . 428 (6983): 653–657. DOI : 10,1038 / природа02398 . PMID 15071595 . 
  9. ^ Барбье, Гийом; и другие. (2005). «Сравнительная геномика двух близкородственных одноклеточных термоацидофильных красных водорослей, Galdieria sulphuraria и Cyanidioschyzon merolae , выявляет молекулярную основу метаболической гибкости Galdieria sulphuraria и значительные различия в метаболизме углеводов обеих водорослей» . Физиология растений . 137 (2): 460–474. DOI : 10.1104 / pp.104.051169 . PMC 1065348 . PMID 15710685 .  
  10. ^ Б с д е е г ч я J K Kobayashi Y; Ohnuma M; Куроива Т; Tanaka K; Ханаока М (2010). «Основы культивирования и молекулярно-генетический анализ одноклеточной красной водоросли Cyanidioschyzon merolae ». Журнал эндоцитобиоза и клеточных исследований . 20 : 53–61.
  11. ^ a b Кастенхольц RW; Макдермотт TR (2010). "Cyanidiales: экология, биоразнообразие и биогеография". In Seckbach J; Чепмен DJ (ред.). Красные водоросли в эпоху генома . С. 357–371.
  12. ^ а б в Охнума М; Ёкояма Т; Иноуэ Т; Sekine Y; Танака К. (2008). «Опосредованная полиэтиленгликолем (ПЭГ) временная экспрессия гена в красных водорослях, Cyanidioschyzon merolae 10D» . Physiol растительных клеток . 49 (1): 117–120. DOI : 10.1093 / PCP / pcm157 . PMID 18003671 . 
  13. ^ Охта, N; Мацузаки, М; Мисуми, О; Miyagishima, SY; Нодзаки, H; Танака, К; Шин-и, Т; Кохара, Y; Куроива, Т. (2003). «Полная последовательность и анализ пластидного генома одноклеточной красной водоросли Cyanidioschyzon merolae» . Исследования ДНК . 10 (2): 67–77. DOI : 10.1093 / dnares / 10.2.67 . PMID 12755171 . 
  14. ^ Имамура S; Yoshihara S; Накано S; Шиодзаки Н; Ямада А; Tanaka K; Такахаши Х; Asayama M; Шираи М (2003). «Очистка, характеристика и экспрессия генов всех сигма-факторов РНК-полимеразы в цианобактериях». J. Mol. Биол . 325 (5): 857–872. DOI : 10.1016 / s0022-2836 (02) 01242-1 . PMID 12527296 . 
  15. ^ Кобаяшиа Y; Канесакия Y; Танакаб А; Kuroiwac H; Kuroiwac T; Танака К. (2009). «Тетрапиррольный сигнал как координатор клеточного цикла от органелл до репликации ядерной ДНК в клетках растений» . Proc. Natl. Акад. Sci . 106 (3): 803–807. DOI : 10.1073 / pnas.0804270105 . PMC 2625283 . PMID 19141634 .  
  16. ^ Имамура S; Hanaoka M; Танака К. (2008). «Специфичный для растений белок, родственный TFIIB, PBRP, является общим фактором транскрипции для РНК-полимеразы I» . EMBO J . 27 (17): 2317–2327. DOI : 10.1038 / emboj.2008.151 . PMC 2529366 . PMID 18668124 .  
  17. ^ Ягисава Ф; Nishida K; Okano Y; Minoda A; Tanaka K; Куроива Т. (2004). «Выделение устойчивых к циклогексимиду мутантов Cyanidioschyzon merolae » . Cytologia . 69 : 97–100. DOI : 10,1508 / cytologia.69.97 .
  18. ^ a b Fujiwara T; Ohnuma M; Yoshida M; Куроива Т; Хирано Т. (2013). «Нацеливание на гены в красной водоросли Cyanidioschyzon merolae : вставка одной и нескольких копий с использованием аутентичных и химерных маркеров отбора» . PLOS ONE . 8 (9): e73608. DOI : 10.1371 / journal.pone.0073608 . PMC 3764038 . PMID 24039997 .  
  19. ^ Terui S; Suzuki K; Такахиаши Х; Ито Р; Куроива Т. (1995). «Высокая синхронизация деления хлоропластов в ультрамикро-водорослях Cyanidioschyzon merolae при обработке как светом, так и афидиколином». J. Phycol . 31 : 958–961. DOI : 10.1111 / j.0022-3646.1995.00958.x .
  20. ^ a b Имото Y; Kuroiwa H; Ёсида Y; Ohnuma M; Fujiwara T; Yoshida M; Nishida K; Ягисава Ф; Hirooka S; Miyagishima S; Misumi O; Кавано S; Куроива Т. (2013). «Одномембранно-ограниченное деление пероксисомы, выявленное путем выделения механизмов, основанных на динамине» . Proc. Natl. Акад. Sci . 110 (23): 9583–9588. DOI : 10.1073 / pnas.1303483110 . PMC 3677435 . PMID 23696667 .  
  21. ^ a b c Nilsson H; Крупник Т; Каргул Дж; Мессинджер Дж (2014). «Субстратный водообмен в ядерных комплексах фотосистемы II экстремофильной красной водоросли Cyanidioschyzon merolae » . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1837 (8): 1257–1262. DOI : 10.1016 / j.bbabio.2014.04.001 . PMID 24726350 . 
  22. ^ Брикер TM; Roose JL; Fagerlund RD; Франкель Л.К .; Итон-Рай Дж. Дж. (2012). «Внешние белки фотосистемы II» . Биохим. Биофиз. Acta . 1817 (1): 121–142. DOI : 10.1016 / j.bbabio.2011.07.006 . PMID 21801710 . 
  23. ^ Крупник Т; Котабова Е; ван Безувен Л.С.; Mazur R; Гарстка М; Nixon PJ; Barber J; Kana R; Boekema EJ; Каргул Дж. (2013). «Зависимый от реакционного центра механизм фотозащиты в очень устойчивой фотосистеме II от экстремофильной красной водоросли Cyanidioschyzon merolae » . J. Biol. Chem . 288 (32): 23529–23542. DOI : 10,1074 / jbc.m113.484659 . PMC 5395030 . PMID 23775073 .