Trichodesmium thiebautii - Википедия - Trichodesmium thiebautii

Trichodesmium thiebautii
Научная классификация редактировать
Домен:Бактерии
Тип:Цианобактерии
Учебный класс:Cyanophyceae
Заказ:Oscillatoriales
Семья:Microcoleaceae
Род:Триходесмий
Разновидность:
Т. thiebautii
Биномиальное имя
Trichodesmium thiebautii

Trichodesmium thiebautii это цианобактерии который часто встречается в открытых океанах тропических и субтропических регионов и, как известно, вносит вклад в большие океанические цветение на поверхности.[1] Этот вид микробов диазотроф, то есть фиксирует газообразный азот (N2), но это делается без использования гетероцисты.[2] Т. thiebautii может одновременно выполнять кислородный фотосинтез.[2] Т. thiebautii был открыт в 1892 г. М.А. Гомонт.[3] Т. thiebautii важны для круговорота питательных веществ в морских средах обитания из-за их способности фиксировать N2, ограничивающее питательное вещество в экосистемах океана.[1]

Открытие

В 1830 г. род цианобактерий Триходесмий был впервые обнаружен в образцах, собранных в морских водах, окружающих Египет и Сирию, и описан на основе морфологический Особенности.[4] В 1892 году, примерно через шестьдесят лет после открытия этого рода, Гомонт описал два новых вида: Т. thiebautii и T. hildebrandtii, исходя из конкретных морфологических характеристик, в частности трихома форма.[5] Т. thiebautii был впервые выращен в лаборатории в 1993 году из проб воды, собранных в прибрежных водах Северной Каролины, с использованием стерилизованного олиготрофный раствор морской воды с добавкой 25 мг литр−1 Трицин буфера и доводили до pH 8,17.[3]

Таксономия

Очень разнообразная морфология колоний и клеток среди Триходесмий виды вызывают много споров о филогенезе рода.[2] После первоначального открытия Эренбергом в 1830 году род Триходесмий был помещен в семью Осцилляторные. Совсем недавно изучение нескольких ключевых морфологических характеристик, включая образование колоний, связанных с образованием оболочки, дифференцировку клеток вдоль трихома и состав жирных кислот, привело к размещению Trichodesmium thiebautii в семью Phormidiaceae и заказать Oscillatoriales.[6] Многие виды, изначально относящиеся к семейству Phormidiaceae, в том числе Триходесмий spp., были таксономически перемещены в 2005 г. двумя исследователями, Я. Комареком и К. Анагностидисом, в семейство Microcoleaceae, где они остаются сегодня.[7]

Анализ 16s рРНК из Триходесмий sp. штамм NlBB 1067 показал, что его ближайшим филогенетическим соседом является Осциллятория PCC 7515 со сходством последовательностей 94,9%.[8] Это близкое сходство последовательностей не решило споров о разделении Триходесмий в отдельный род от Осциллятория. Однако генетический анализ нитрогеназы nifH ген последовательности Триходесмий spp, включая Т. thiebautii, выявил отчетливый кластер внутри клады цианобактерий с очень глубокими ветвями, указывающими на раннюю эволюционную радиацию.[2] Capone et al. (1997) предположили, что большая генетическая дистанция nifH ген между Триходесмий виды и другие виды цианобактерий, в том числе принадлежащие к роду Осциллятория, может быть связано с структурными требованиями аэробного N2 фиксация.[2]

Характеристика

Физические характеристики

Члены семейства Microcoleaceae имеют отчетливое радиальное расположение их тилакоиды что отличает их от других близкородственных семейств цианобактерий.[9] Trichodesmium thiebautii обычно состоит из нескольких или сотен клеток в колонии и имеет трихомы, которые кажутся скрученными вместе, как веревка с расходящимися концами.[5] Исследователи изучают Триходесмий виды в поверхностных водах по всему миру также наблюдались витые трихомы, похожие на веревку, упомянутые Гомонтом, под растровый электронный микроскоп (SEM).[10] В исходном описании Т. thiebautii, каждая ячейка была вдвое длиннее своей ширины.[5] Более 100 лет спустя исследователи смогли выращивать Т. thiebautii и видел различную морфологию колоний от одиночных клеток до сферических и веретенообразных (веретенообразных) агрегатов.[3] Т. thiebautiiНаиболее отчетливые физические клеточные структуры представляют собой серию газовых пузырьков, обнаруженных внутри клетки, которые позволяют ей сохранять естественную плавучесть и оставаться на поверхности океана.[2] В лабораторных культурах Т. thiebautii демонстрирует рост 0,23 деления в день, и отдельные клетки имеют размер 4-6 мкм с трихомами шириной от 8 до 10 мкм.[3]

Метаболизм

Trichodesmium thiebautii является одновременным диазотрофом и автотроф.[11][2][12] Эти бактерии выполняют ежедневный цикл своих нитрогеназа фермент. Новые молекулы нитрогеназы синтезируются каждое утро, инактивируются днем ​​и разлагаются ночью, с пиком активности ферментов в полдень.[13][11] Т. thiebautii также способен поглощать комбинированный азот (то есть нитрат, нитрит, аммиак, мочевину) и будет испытывать снижение активности нитрогеназы, когда ему доступны другие источники азота.[11]

Экология

Триходесмий виды повсеместно в олиготрофные тропические и субтропические водные среды, которые известны своим глубоким проникновением света, чистой водой и стабильной водной толщей.[1][2] Ключевой особенностью этого рода является наличие газовых пузырьков, которые позволяют ему оставаться ближе к поверхности для фотосинтеза.[2] Они важны с экологической точки зрения из-за того, что вносят значительный вклад в новые поступления азота в океаны планеты.[1] Этот вид способен образовывать большие поверхностные цветения, возникающие при слабых ветровых нагрузках. Trichodesmium thiebautii способен накапливаться, не нарушая покоя, на поверхности воды.[2]

Геномика

Trichodesmium thiebautii имеет размер генома примерно 3,29 Мб с 3370 генами, из которых 3335 кодируют белок. Он имеет содержание G-C 35,35%.[14][15]

Важность

Триходесмий виды известны тем, что создают цветение на поверхности в водной среде при правильных условиях.[1] Т. thiebautii и Т. erythraeum часто являются основными цианобактериями, связанными с образованием крупных цветков, хотя другие Триходезий также могут быть обнаружены виды, способствующие процессу.[1] Цветение может вызвать увеличение количества неорганических и органических питательных веществ, которые могут влиять на проникновение света, что влияет на фитопланктон преемственности и производительности.[2] Триходесмий это род негетероцистных цианобактерий с уникальным метаболизмом, который позволяет им фиксировать N2 одновременно подвергаясь кислородному фотосинтезу. Было подсчитано, что Триходесмий виды ответственны за значительную часть, возможно, до 25% круговорота азота в океанических экосистемах.[16][17] Роль T. thiebautii, и других представителей этого рода, круговорот азота в океане играет важную роль, потому что азот является важным элементом для жизни.[16] Азот присутствует в структурах микробных клеток и используется для нуклеиновой кислоты, а также для синтеза белка.[16] В водных средах обитания азот часто является ограничивающим питательным веществом с точки зрения продуктивности, и его извлечение из атмосферы необходимо для того, чтобы организмы могли использовать его для биосинтеза молекул, необходимых для жизни.[11]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж Orcutt, K. M .; Rasmussen, U .; Webb, E. A .; Waterbury, J. B .; Гундерсен, К .; Бергман, Б. (2002). «Характеристика Trichodesmium spp. Генетическими методами». Прикладная и экологическая микробиология. 68 (5): 2236–2245. Дои:10.1128 / AEM.68.5.2236-2245.2002. ЧВК  127538. PMID  11976093.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k Капоне, Дуглас Дж .; Zehr, Jonathan P .; Paerl, Hans W .; Бергман, Биргитта; Карпентер, Эдвард Дж. (1997-05-23). «Триходесмий, глобально значимая морская цианобактерия». Наука. 276 (5316): 1221–1229. Дои:10.1126 / science.276.5316.1221. ISSN  0036-8075.
  3. ^ а б c d Prufert-Bebout, L; Paerl, H.W .; Лассен, С. (1993). «Рост, азотфиксация и спектральное ослабление у культурных видов Trichodesmium». Прикладная и экологическая микробиология. 59 (5): 1367–1375. ЧВК  182091. PMID  16348931.
  4. ^ Эренберг, К. Г. (1830-01-01). "Neue Beobachlungen über blutartige Erscheinungen в Aegypten, Arabien и Sibirien, nebst einer Uebersicht und Kritik der früher bekannnten" (PDF). Annalen der Physik. 94 (4): 477–514. Дои:10.1002 / andp.18300940402. ISSN  1521-3889.
  5. ^ а б c Гомонт, М.А. (1892). "Essai de classification des nostocacies hom-ocysthes". Журнал ботаники. 4: 355–6.
  6. ^ Komárek, J; Anagnostidis, K (2005). Cyanoprokaryota, Часть 2: Oscillatoriales, Süsswasserflora von Mitteleuropa. Springer Spektrum. ISBN  978-3-8274-1914-9.
  7. ^ Струнецкий, Отакар; Комарек, Иржи; Йохансен, Джеффри; Лукешова, Алена; Эльстер, Йозеф (01.12.2013). «Молекулярные и морфологические критерии ревизии рода Microcoleus (Oscillatoriales, Cyanobacteria)». Журнал психологии. 49 (6): 1167–1180. Дои:10.1111 / jpy.12128. ISSN  1529-8817. PMID  27007635.
  8. ^ Уилмотт, Анник (1 января 1994). «Молекулярная эволюция и таксономия цианобактерий». В Брайанте, Дональд А. (ред.). Молекулярная биология цианобактерий. Достижения в фотосинтезе. Springer Нидерланды. С. 1–25. Дои:10.1007/978-94-011-0227-8_1. ISBN  9780792332732.
  9. ^ Komárek, J; Kaštovský, J; Mareš, J; Йохансен, Дж. Р. (2014). «Таксономическая классификация цианопрокариот (родов цианобактерий) с использованием полифазного подхода» (PDF). Пресли. 86: 295–335.
  10. ^ Янсон, Свен; Siddiqui, Pirzada J.A .; Уолсби, Энтони Э .; Римлянам, Кристен М .; Карпентер, Эдвард Дж .; Бергман, Биргитта (1 июня 1995 г.). «Цитоморфологическая характеристика планктонных диазотрофных цианобактерий Trichodesmium Spp. Из Индийского океана, Карибского и Саргассова морей1». Журнал психологии. 31 (3): 463–477. Дои:10.1111 / j.0022-3646.1995.00463.x. ISSN  1529-8817.
  11. ^ а б c d Mulholland, Margaret R .; Капоне, Дуглас Г. (2002). «Азотная физиология морских N 2-фиксирующих цианобактерий Trichodesmium spp». Тенденции в растениеводстве. 5 (4): 148–153. Дои:10.1016 / S1360-1385 (00) 01576-4.
  12. ^ Бергман, Б .; Sandh, G .; Lin, S .; Larsson, J .; Карпентер, Э. Дж. (2013). «Триходесмий - широко распространенная морская цианобактерия с необычными азотфиксирующими свойствами». Обзор микробиологии FEMS. 37 (3): 286–302. Дои:10.1111 / j.1574-6976.2012.00352.x. ЧВК  3655545. PMID  22928644.
  13. ^ Capone, D.G .; О'Нил, Дж. М .; Zehr, J .; Карпентер, Э. Дж. (1990). "Основание для различных вариаций активности нитрогеназы у морских планктонных цианобактерий". Trichodesmium thiebautii". Прикладная и экологическая микробиология. 56 (11): 3532–3536. ЧВК  185016. PMID  16348357.
  14. ^ Walworth, N .; Pfreundt, U .; Nelson, W.C .; Mincer, T .; Heidelberg, J. F .; Fu, F .; Waterbury, J. B .; дель Рио, Т. Г .; Гудвин, Л. (2015). «Геном Trichodesmium поддерживает обильную, широко распространенную некодирующую ДНК in situ, несмотря на олиготрофный образ жизни». Труды Национальной академии наук. 112 (14): 4251–4256. Дои:10.1073 / pnas.1422332112. ЧВК  4394263. PMID  25831533.
  15. ^ «Детали таксона». img.jgi.doe.gov. Получено 2017-03-26.
  16. ^ а б c Karl, D .; Michaels, A .; Бергман, Б .; Capone, D .; Карпентер, Э .; Letelier, R .; Lipschultz, F .; Paerl, H .; Сигма, Д. (2002). «Фиксация динитрогена в Мировом океане». Круговорот азота в региональном и глобальном масштабах. Биогеохимия. 57/58. Springer Нидерланды. С. 47–98. Дои:10.1023 / А: 1015798105851. JSTOR  1469685.
  17. ^ Капоне, Дуглас Дж .; Карпентер, Э. Дж. (1982). «Фиксация азота в морской среде». Наука. 217 (4565): 1140–1142. Дои:10.1126 / science.217.4565.1140. PMID  17740970.