Forskare har upptäckt en sexuell reproduktionsprocess i mikroalger som hjälper dem att bättre förstå alger och växtutveckling. Kredit:Shunsuke Hirooka &Shin-ya Miyagishima, National Institute of Genetics, ROIS
Forskare har upptäckt en sexuell reproduktionsprocess i mikroalger som hjälper dem att bättre förstå alger och växtutveckling. Deras upptäckt kan leda till nya industriella tillämpningar för mikroalger, allt från rening av avloppsvatten till produktion av livsmedelsingredienser och pigment.
Det japanska forskarteamet publicerade sina resultat i Proceedings of the National Academy of Sciences veckan den 3 oktober 2022.
Teamet genomförde sina studier på Galdieria, en encellig art av röda mikroalger som finns i svavelsyravarma källor runt om i världen och förväntas bli en viktig näringskälla för människor. Mikroalger har en hög bindningsförmåga för koldioxid. Denna fixering är den process genom vilken koldioxiden omvandlas till organiska föreningar. Mikroalgers fixeringsförmåga är högre än växter och mikroalger innehåller högre koncentrationer av proteiner, vitaminer och pigment. Under de senaste åren har forskare och företag arbetat med att utveckla det snabbväxande Galdieria som en industriell källa till vitaminer och pigment.
Galdieria är ganska mångsidig, kan göra sin egen energi genom fotosyntes, med hjälp av ljus och koldioxid. Den använder en blandning av olika energikällor och kol och får sina näringsämnen genom att konsumera extracellulära sockerarter eller sockeralkoholer. Galdieria kan också tolerera högre nivåer av salt och tungmetaller än många andra mikroalger. Ändå är Galdierias genomstorlek mycket liten.
På grund av Galdierias mångsidighet anser forskare att det är ett framväxande system för biotekniska tillämpningar. Men eftersom Galdieria är omgiven av en tjock och stel cellvägg, kräver det energikrävande fysisk bearbetning för att utvinna dess cellulära innehåll. Cellväggen hindrar också genetiskt modifiering av Galdieria.
Under sin forskning fick teamet veta att den kända cellväggiga formen av Galdieria är en diploid, en typ av celler som innehåller två kompletta uppsättningar kromosomer. Men när dessa diploider utsätts för en specifik miljö, produceras en cellvägglös haploid och den vägglösa haploiden innehåller bara en uppsättning kromosomer.
För att främja sin forskning lyckades teamet stabilt föröka den cellväggslösa haploiden och omvandla haploiden tillbaka till en diploid. "Därför upptäckte vi en sexuell reproduktionsprocess i mikroalger som dök upp tidigt i alg- och växtutvecklingen", säger Shunsuke Hirooka, projektassistent vid National Institute of Genetics, Japan
"Vi utvecklade framgångsrikt en genetisk modifieringsteknik för Galderia genom att använda den cellväggsfria haploiden. Proceduren möjliggör generering av "självklonande" linjer som inte innehåller någon heterolog DNA-sekvens för industriell användning. Vi har till exempel lyckats generera blåfärgade alger (blått är färgen på phycocyanin, som används som ett naturligt blått färgämne i vissa livsmedelsprodukter), som inte finns naturligt", säger Shin-ya Miyagishima, professor vid National Institute of Genetics, Japan.
Teamets fynd är betydelsefulla eftersom även om sexuell reproduktion också finns i vissa encelliga alger, växternas förfäder, har sexuell reproduktion aldrig hittats i många encelliga alger som dök upp tidigt i evolutionen. "Dessa encelliga alger har antagits föröka sig endast genom celldelning eller asexuell reproduktion, och ursprunget och evolutionsprocessen för sexuell reproduktion i alger och växter har varit oklara", säger Hirooka.
När vi blickar framåt tror forskarna att deras resultat kommer att ytterligare klargöra den evolutionära processen och ursprunget till sexuell reproduktion hos alger och växter. Teamets upptäckter har potential att låsa upp spännande framtida användningsområden för mikroalgen Galdieria.
"Haploiden som upptäcktes i denna studie har samma tillväxtpotential som diploiden, och dess innehåll kan enkelt extraheras och genetiskt modifieras, vilket underlättar industriell användning, av Galdieria och förväntas skapa avancerade former av mikroalgeranvändning, såsom vaccininnehållande foder med hjälp av alger som uttrycker virala proteiner som antigener," sa Miyagishima. + Utforska vidare
