Ecological forces driving the loss of photosynthesis in phytoplankton: Molecular and morphological adaptations to heterotrophy
Final Report Abstract
In diesem Projekt haben wir die morphologischen und molekularen Adaptionen an eine heterotrophe Lebensweise bei den Goldalgen (Chrysophyceae) untersucht. Farblose, heterotrophe Goldlagen sind eine bedeutende Komponente aquatischer und terrestrischer Nahrungsnetze. Molekulare Phylogenien basierend auf ribosomalen Gensequenzen zeigten, dass diese heterotrophen Linien nicht einmalig, sondern mehrfach unabhängig aus phototrophen Vorläufern entstanden sind. Phylogenien miochondrieller Gensequenzen haben diesen Befund weiter unterstützt. Die Adaptionen an eine heterotrophe Lebensweise und der Grad der morphologischen und molekularen Reduktion (beispielsweise des Photosyntheseapparates) ist nicht bekannt und mag in verschiedenen Linien unterschiedlich stark sein. In ultrastrukturellen Untersuchungen fanden wir Strukturen, die wir als reduzierte Plastiden interpretieren. Nur in einem der untersuchten Stämme fanden wir in diesen Strukturen ein inneres Membransystem (Thylakoide), während diese in den Plastiden der anderen Stämme vermutlich reduziert sind. Molekulare Analysen basierend auf Transkriptomsequenzierungen ergaben weitere Beweise für die Präsenz von Plastiden. Dies gilt sowohl für Stoffwechselwege, die mit der Carotenoidbiosynthese zusammenhängen, als auch für Stoffwechselwege des basalen Kohlenstoffmetabolismus. Insgesamt konnten wir in diesem Projekt gute Beleg für die Präsenz von Plastiden in den heterotrophen Linien der Goldalgen zeigen. Diese Plastiden erfüllen zentrale Funktionen im Stoffwechsel auch der heterotrophen Formen. Trotz der heterotrophen Lebensweise ist der Ursprung aus „Algen“ damit klar nachvollziehbar und die Plastidassoziierten Stoffwechselwege sind von zentraler Bedeutung für diese Organismen. In den verschiedenen farblosen Linien scheinen die Plastiden unterschiedlich stark reduziert zu sein. Weiterführende Studien zur differentiellen Adaption von farblosen Goldalgen scheinen daher vielversprechend für die Entschlüsselung der Evolution der Goldlagen und insbesondere der Differenzierung der Ernährungsökologie innerhalb dieser Gruppe.
Publications
- (2013) Ecophysiology of mixotrophic flagellates. PhD thesis. University Constance
Rottberger J
- Small but manifold – hidden diversity in ‘Spumella-like flagellates’. The Journal of Eukaryotic Microbiology, 63,4, July/August 2016, Pages 419-439
Großmann L, Bock C, Schweikert M, Boenigk J
(See online at https://doi.org/10.1111/jeu.12287)
