Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Прохлорококк
СЭМ Prochlorococcus marinus pseudo-coloured
SEM из Prochlorococcus Marinus ( псевдо-цветные )
Научная классификация редактировать
Домен:Бактерии
Тип:Цианобактерии
Учебный класс:Cyanophyceae
Заказ:Synechococcales
Семья:Prochloraceae
Род:Prochlorococcus
Chisholm et al., 1992
Разновидность:
P. marinus
Биномиальное имя
Prochlorococcus marinus
Чизолм и др., 1992

Prochlorococcus - это род очень мелких (0,6  мкм ) морских цианобактерий с необычной пигментацией ( хлорофиллы a2 и b2 ). Эти бактерии принадлежат к фотосинтетическому пикопланктону и, вероятно, являются наиболее многочисленными фотосинтетическими организмами на Земле.Микробы Prochlorococcus - одни из основных основных продуцентов в океане, ответственные за большой процент фотосинтетического производства кислорода . [1] [2] Анализ последовательностей генома 12 ProchlorococcusШтаммы показывают, что 1100 генов являются общими для всех штаммов, а средний размер генома составляет около 2000 генов . [1] Напротив, у эукариотических водорослей более 10 000 генов. [3]

Открытие [ править ]

Несмотря на то , что было несколько ранних записей очень небольших хлорофиллоподобных б отработанных цианобактерии в океане, [4] [5] Prochlorococcus был обнаружен в 1986 году [6] по Салли W. (Penny) Чиш из Массачусетского технологического института , Роберт Дж. Олсон из Океанографического института Вудс-Хоул и другие сотрудники в Саргассовом море с использованием проточной цитометрии . В 2019 году Чизхолм был удостоен премии Crafoord Prize за это открытие. [7] Первая культура Prochlorococcus была выделена в Саргассовом море в 1988 г. ( штаммSS120), а вскоре из Средиземного моря был получен другой штамм (штамм MED). Имя Prochlorococcus [8] возникло из - за того , что было первоначально предполагалось , что Prochlorococcus был связан с Prochloron и другими хлорофиллоподобными б отработанных бактерий, называемых prochlorophytes, но в настоящее время известно , что prochlorophytes образуют несколько отдельных филогенетических групп внутри цианобактерий подгруппы домен бактерий .

Единственный описанный вид этого рода - Prochlorococcus marinus .

Морфология [ править ]

Морские цианобактерии на сегодняшний день являются самыми маленькими из известных фотосинтезирующих организмов; Прохлорококк самый маленький - всего от 0,5 до 0,7 микрометра в диаметре. [9] [2] Клетки кокковидной формы неподвижны и свободноживущие. Их небольшой размер и большое отношение площади поверхности к объему дают им преимущество в воде с низким содержанием питательных веществ. Тем не менее предполагается, что прохлорококки нуждаются в очень небольших питательных веществах. [10] Более того, Prochlorococcus адаптировались к использованию сульфолипидов вместо фосфолипидов в своих мембранах, чтобы выжить в условиях, лишенных фосфатов. [11]Эта адаптация позволяет им избегать конкуренции с гетеротрофами, выживание которых зависит от фосфата. [11] Обычно прохлорококки делятся один раз в день в подповерхностном слое или олиготрофных водах. [10]

Распространение [ править ]

Прохлорококк широко распространен в эвфотической зоне тропических океанов мира. [12] Это, возможно, самый многочисленный род на Земле: один миллилитр поверхностной морской воды может содержать 100 000 клеток или больше. Во всем мире средняя годовая численность составляет( От 2,8 до 3,0) × 10 27 лиц [13] (для сравнения, то есть примерно число атомов в тонне из золота ). Prochlorococcus повсеместно распространены между 40 ° с.ш. и 40 ° южной широты и доминируют в олиготрофных (бедных питательными веществами) районах океанов. [10] Прохлорококк чаще всего встречается в диапазоне температур 10–33 ° C, а некоторые штаммы могут расти на глубинах при слабом освещении (<1% поверхностного света). [1] Эти штаммы известны как экотипы LL (Low Light), а штаммы, которые занимают меньшие глубины в толще воды, известны как экотипы HL (High Light). [14]Прохлорококки типа LL имеют более высокое соотношение хлорофилла b и хлорофилла a, что способствует их способности поглощать синий свет. [15] Синий свет способен проникать в океанские воды глубже, чем остальная часть видимого спектра, и может достигать глубины> 200 м, в зависимости от мутности воды. Такая глубина проникновения синего света в сочетании со способностью прохлорококка типа LL использовать его для фотосинтеза позволяет популяциям прохлорококка LL выжить на глубинах до 200 м. [16] Кроме того, прохлорококков больше в присутствии гетеротрофов, обладающих каталазной способностью. [17] Прохлорококкне имеют механизмов разложения активных форм кислорода и полагаются на гетеротрофы для их защиты. [17] Бактерия составляет примерно 13-48% мирового фотосинтетического производства кислорода и является частью основы пищевой цепи океана . [18]

Пигменты [ править ]

Прохлорококк тесно связан с Synechococcus , другой многочисленной фотосинтезирующей цианобактерией, которая содержит фикобилисомы усиков, собирающих свет. Однако Prochlorochoccus эволюционировал для использования уникального светособирающего комплекса, состоящего преимущественно из дивинильных производных хлорофилла a (Chl a2) и b (Chl b2) и лишенного моновинилхлорофиллов и фикобилисом. [19] Прохлорококк - единственный известный оксигенный фототроф дикого типа, который не содержит Chl a в качестве основного фотосинтетического пигмента, и единственный известный прокариот с α-каротином. [20]

Прохлорококк занимает две отдельные ниши, что приводит к номенклатуре групп низкой освещенности (LL) и высокой освещенности (HL) [21], которые различаются по соотношению пигментов (LL имеет высокое соотношение хлорофилла b2: a2, а HL имеет низкое соотношение из b2: a2), потребность в освещении, использование азота и фосфора, медь и чувствительность к вирусам. Эти « экотипы » можно дифференцировать на основе последовательности их гена рибосомной РНК . Штаммы, адаптированные к сильному освещению, обитают на глубине от 25 до 100 м, в то время как адаптированные к слабому освещению штаммы обитают в водах от 80 до 200 м. [22]

Геном [ править ]

Недавно были секвенированы геномы нескольких штаммов Prochlorococcus . [23] [24] Двенадцать полных геномов были секвенированы, что позволило выявить физиологически и генетически отличные клоны Prochlorococcus marinus , которые на 97% похожи по гену 16S рРНК. [22]

Экотип с высоким освещением имеет наименьший геном (1 657 990 пар оснований, 1716 генов) среди всех известных оксигенных фототрофов, но геном типа при слабом освещении намного больше (2 410 873 пары оснований, 2275 генов). [23]

Экология [ править ]

Несмотря на то, что прохлорококк является одним из самых мелких видов морского фитопланктона / бактерий в мировом океане, его значительное количество делает его ответственным за большую часть фотосинтеза и производства кислорода в океанах и в мире. [2] Размер Prochlorococcus (от 0,5 до 0,7 мкм) [10] и адаптация различных экотипов позволяют организму обильно расти в водах с низким содержанием питательных веществ, таких как воды тропиков и субтропиков (от 40 ° с.ш. до 40 ° ю.ш.); [25]однако их можно найти в более высоких широтах, вплоть до 60 ° северной широты, но в довольно минимальных концентрациях, а распространение бактерий в океанах предполагает, что более холодные воды могут быть для них смертельными. Этот широкий диапазон широты, а также способность бактерий выживать на глубине от 100 до 150 метров, то есть на средней глубине перемешиваемого слоя на поверхности океана, позволяют им вырасти до огромных количеств, до 3 октиллионов особей во всем мире. [26] [ неудачная проверка ] [ требуется уточнение Какой «октиллион»? ] Это огромное количество заставляет Prochlorococcus играть важную роль в глобальном круговороте углерода и производстве кислорода. Вместе сSynechococcus (другой род цианобактерий, который встречается вместе с Prochlorococcus ), эти цианобактерии ответственны примерно за 50% фиксации углерода в морской среде, что делает их важным поглотителем углерода через биологический углеродный насос (т.е. перенос органического углерода с поверхности океана в океан). глубоко через несколько биологических, физических и химических процессов). [27] Изобилие, распространение и все другие характеристики Prochlorococcus делают его ключевым организмом в олиготрофных водах, выступающим в качестве важного первичного продуцента пищевых сетей открытого океана.

См. Также [ править ]

  • Фотосинтетический пикопланктон
  • Пелагибактер
  • Синехококк

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Манн, С. Морская микробиология: экология и приложения Второе изд. Наука о гирляндах, 2011.
  2. ^ a b c "Жизнь на грани поля зрения - Скотт Чимилески, Роберто Колтер | Издательство Гарвардского университета" . www.hup.harvard.edu . Проверено 26 января 2018 .
  3. ↑ Kettler GC, Martiny AC, Huang K и др. (Декабрь 2007 г.). «Модели и последствия получения и потери генов в эволюции прохлорококка» . PLOS Genetics . 3 (12): e231. DOI : 10.1371 / journal.pgen.0030231 . PMC 2151091 . PMID 18159947 .  
  4. ^ PW Johnson & JM Sieburth (1979). «Хроококковые цианобактерии в море: повсеместная и разнообразная фототрофная биомасса». Лимнология и океанография . 24 (5): 928–935. Bibcode : 1979LimOc..24..928J . DOI : 10,4319 / lo.1979.24.5.0928 .
  5. ^ WWC Gieskes & GW Kraay (1983). «Неизвестные хлорофилл а производные в Северном море и в тропической части Атлантического океана показали с помощью анализа ВЭЖХ» . Лимнология и океанография . 28 (4): 757–766. Bibcode : 1983LimOc..28..757G . DOI : 10,4319 / lo.1983.28.4.0757 .
  6. ^ С.В. Чисхолм; RJ Olson; ER Zettler; Дж. Уотербери; Р. Герике; Н. Велшмайер (1988). «Новый свободноживущий прохлорофит встречается при высоких концентрациях клеток в океанической эвфотической зоне». Природа . 334 (6180): 340–343. Bibcode : 1988Natur.334..340C . DOI : 10.1038 / 334340a0 . S2CID 4373102 . 
  7. ^ https://www.crafoordprize.se/press_release/the-crafoord-prize-in-biosciences-2019 . Отсутствует или пусто |title=( справка )
  8. ^ Салли В. Чисхолм , С.Л. Франкель, Р. Герике, Р. Дж. Олсон, Б. Паленик, Дж. Б. Уотербери, Л. Вест-Джонсруд и Э. Р. Зеттлер (1992). « Prochlorococcus marinus nov. Gen. Nov. Sp .: оксифотрофный морской прокариот, содержащий дивинилхлорофиллы a и b». Архив микробиологии . 157 (3): 297–300. DOI : 10.1007 / BF00245165 . S2CID 32682912 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  9. ^ Биллер, Стивен Дж .; Berube, Paul M .; Линделл, Дебби; Чисхолм, Салли В. (1 декабря 2014 г.). «Прохлорококк: структура и функции коллективного разнообразия» (PDF) . Обзоры природы микробиологии . 13 (1): 13–27. DOI : 10.1038 / nrmicro3378 . ЛВП : 1721,1 / 97151 . PMID 25435307 . S2CID 18963108 .   
  10. ^ a b c d Партенский Ф, Гесс WR, Воулот D (1999). «Прохлорококк, морской фотосинтетический прокариот мирового значения» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 63 (1): 106–127. DOI : 10.1128 / MMBR.63.1.106-127.1999 . PMC 98958 . PMID 10066832 .  
  11. ^ а б Ван Муай, БАС; Rocap, G .; Фредрикс, ВЧ; Эванс, Коннектикут; Девол, АХ (26 мая 2006 г.). «Сульфолипиды резко снижают потребность в фосфоре пикоцианобактерий в олиготрофных морских средах» . Труды Национальной академии наук . 103 (23): 8607–8612. Bibcode : 2006PNAS..103.8607V . DOI : 10.1073 / pnas.0600540103 . PMC 1482627 . PMID 16731626 .  
  12. ^ Chisholm, SW; Frankel, S .; Goericke, R .; Olson, R .; Паленик, Б .; Waterbury, J .; West-Johnsrud, L .; Зеттлер, Э. (1992). «Prochlorococcus marinus nov. Gen. Nov. Sp .: оксифотрофный морской прокариот, содержащий дивинилхлорофиллы a и b». Архив микробиологии . 157 (3): 297–300. DOI : 10.1007 / bf00245165 . S2CID 32682912 . 
  13. ^ Flombaum, P .; Гальегос, JL; Гордилло, РА; Rincon, J .; Забала, LL; Jiao, N .; Карл, DM; Ли, WKW; Ломас, МВт; Венециано, Д .; Вера, CS; Vrugt, JA; Мартини, AC (2013). «Настоящее и будущее глобальное распространение морских цианобактерий Prochlorococcus и Synechococcus» . Труды Национальной академии наук . 110 (24): 9824–9829. Bibcode : 2013PNAS..110.9824F . DOI : 10.1073 / pnas.1307701110 . PMC 3683724 . PMID 23703908 .  
  14. ^ Coleman, M .; Салливан, М .; Мартини, А .; Steglich, C .; Барри, К .; DeLong, E .; Чисхолм, С. (2006). «Геномные острова, экология и эволюция Prochlorococcus» . Наука . 311 (5768): 1768–1770. Bibcode : 2006Sci ... 311.1768C . DOI : 10.1126 / science.1122050 . PMID 16556843 . S2CID 3196592 .  
  15. ^ Ральф, G .; Репета, Д. (1992). «Пигменты Prochlorococcus marinus: присутствие дивинилхлорофиллов a и b в морских прокариотах» . Лимнология и океанография . 37 (2): 425–433. Bibcode : 1992LimOc..37..425R . DOI : 10,4319 / lo.1992.37.2.0425 .
  16. ^ Zinser, E .; Johnson, Z .; Coe, A .; Karaca, E .; Венециано, Д .; Чисхолм, С. (2007). «Влияние света и температуры на распространение экотипов Prochlorococcus в Атлантическом океане». Лимнология и океанография . 52 (5): 2205–2220. Bibcode : 2007LimOc..52.2205Z . DOI : 10,4319 / lo.2007.52.5.2205 .
  17. ^ а б Моррис, JJ; Kirkegaard, R .; Szul, MJ; Джонсон, З.И.; Zinser, ER (23 мая 2008 г.). "Содействие устойчивому росту колоний прохлорококков и разбавленных жидких культур с помощью" вспомогательных "гетеротрофных бактерий" . Прикладная и экологическая микробиология . 74 (14): 4530–4534. DOI : 10,1128 / AEM.02479-07 . PMC 2493173 . PMID 18502916 .  
  18. ^ Джонсон, Захари I .; Zinser, Erik R .; Коу, Эллисон; Макналти, Натан П .; Woodward, E. Malcolm S .; Чисхолм, Салли В. (2006). «Разделение ниш среди экотипов Prochlorococcus по градиентам окружающей среды в масштабе океана» . Наука . 311 (5768): 1737–1740. Bibcode : 2006Sci ... 311.1737J . DOI : 10.1126 / science.1118052 . PMID 16556835 . S2CID 3549275 .  
  19. ^ Ting CS, Rocap G, King J, Чишолй S (2002). "Цианобактериальный фотосинтез в океанах: истоки и значение расходящихся стратегий сбора света". Тенденции в микробиологии . 10 (3): 134–142. DOI : 10.1016 / s0966-842x (02) 02319-3 . PMID 11864823 . 
  20. ^ Goericke R, Репета D (1992). «Пигменты Prochlorococcus marinus: присутствие дивинилхлорофилла a и b в морских прокариотах» . Лимнология и океанография . 37 (2): 425–433. Bibcode : 1992LimOc..37..425R . DOI : 10,4319 / lo.1992.37.2.0425 .
  21. ↑ NJ West и DJ Scanlan (1999). «Разделение ниши прохлорококка в многослойной водной толще в восточной части Северной Атлантики» . Прикладная и экологическая микробиология . 65 (6): 2585–2591. DOI : 10,1128 / AEM.65.6.2585-2591.1999 . PMC 91382 . PMID 10347047 .  
  22. ^ a b Martiny AC, Tai A, Veneziano D, Primeau F, Chisholm S (2009). «Таксономическое разрешение, экотипы и биогеография Prochlorococcus». Экологическая микробиология . 11 (4): 823–832. DOI : 10.1111 / j.1462-2920.2008.01803.x . PMID 19021692 . 
  23. ^ a b Г. Рокап; FW Larimer; Дж. Ламердин; С. Малфатти; П. Цепь; Н. А. Альгрен; А. Арельяно; М. Коулман; Л. Хаузер; WR Hess; З. И. Джонсон; М. Земля; Д. Линделл; AF Post; W. Regala; М. Шах; С.Л. Шоу; К. Стеглич; МБ Салливан; CS Ting; А. Толонен; EA Webb; Э. Р. Зинзер; С.В. Чисхолм (2003). «Дивергенция генома у двух экотипов Prochlorococcus отражает дифференциацию океанических ниш» (PDF) . Природа . 424 (6952): 1042–1047. Bibcode : 2003Natur.424.1042R . DOI : 10,1038 / природа01947 . PMID 12917642 . S2CID 4344597   . Архивировано из оригинала (- Научный поиск ) 11 декабря 2004 года.
  24. ^ А. Дюфрен; М. Саланубат; Ф. Партенский; Ф. Артигуенаве; И. М. Аксманн; В. Барбе; С. Дюпра; М.Ю. Гальперин; Е.В. Кунин; Ф. Ле Галль; К.С. Макарова; М. Островский; С. Озтас; К. Роберт; И.Б. Рогозин; DJ Scanlan; Н. Тандо де Марсак; Дж. Вайссенбах; П. Винкер; Ю.И. Вольф; WR Hess (2003). «Последовательность генома цианобактерии Prochlorococcus marinus SS120, почти минимальный оксифотрофный геном» . Труды Национальной академии наук . 100 (17): 10020–10025. Bibcode : 2003PNAS..10010020D . DOI : 10.1073 / pnas.1733211100 . PMC 187748 . PMID 12917486 .  
  25. ^ Partensky, Бланшо, Vaulot (1999). «Дифференциальное распространение и экология Prochlorococcus и Synechococcus в океанических водах: обзор». Bulletin de l'Institut Océanographique. Монако. N ° . специальный 19 (специальный 19).CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  26. ^ Зинзер, Эрик Р .; Коу, Эллисон; Johnson, Zackary I .; Мартини, Адам С .; Фуллер, Николас Дж .; Сканлан, Дэвид Дж .; Чисхолм, Салли В. (январь 2006 г.). «Численность экотипа Prochlorococcus в северной части Атлантического океана, выявленная улучшенным методом количественной ПЦР †» . Прикладная и экологическая микробиология . 72 (1): 723–732. DOI : 10.1128 / aem.72.1.723-732.2006 . PMC 1352191 . PMID 16391112 .  
  27. ^ Фу, Фэй-Сюэ; Уорнер, Марк Э .; Чжан, Яохун; Фэн, Юаньюань; Хатчинс, Дэвид А. (16 мая 2007 г.). «Влияние повышенной температуры и CO2 на фотосинтез, рост и соотношение элементов в морских синехококках и прохлорококках (цианобактерии)». Журнал психологии . 43 (3): 485–496. DOI : 10.1111 / j.1529-8817.2007.00355.x . S2CID 53353243 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Л. Кэмпбелл, HA Nolla и D. Vaulot (1994). «Важность Prochlorococcus для структуры сообщества в центральной части северной части Тихого океана». Лимнология и океанография . 39 (4): 954–961. Bibcode : 1994LimOc..39..954C . DOI : 10,4319 / lo.1994.39.4.0954 .
  • Джагруп Пандал, Филипп К. Райт и Кэтрин А. Биггс (2007). «Количественный протеомный анализ световой адаптации у глобально значимой морской цианобактерии Prochlorococcus marinus MED4». Журнал протеомных исследований . 6 (3): 996–1005. DOI : 10.1021 / pr060460c . PMID  17298086 .
  • Стив Надис (2003). «Клетки, управляющие морями: мельчайшие обитатели океана, - отмечает биолог Салли В. Чизхолм, - содержат ключ к пониманию биосферы и того, что происходит, когда люди нарушают ее» . Scientific American : 52f.
  • Мелисса Гаррен (2012). «Море, которое мы почти не видели» . TEDx Монтерей : 52f.

Внешние ссылки [ править ]

  • Доктор медицины Гири. " Prochlorococcus SW Chisholm, SL Frankel, R. Goericke, RJ Olson, B. Palenik, JB Waterbury, L. West-Johnsrud & ER Zettler 1992: 299" . AlgaeBase .
  • Самый важный микроб, о котором вы никогда не слышали : история NPR о прохлорококке
  • Лаборатории Anacyte
  • Информация о геноме Prochlorococcus marinus : Национальный центр биотехнологической информации.
  • tp: //mepaper.livehindustan.com/imageview_13218_104275458_4_54_17-05-2019_i_1.pagezoomsinwindows.php-