Investigation of novel polar lipid signals in planktonic interactions
Oceanography
Final Report Abstract
Ozeane, welche den Großteil der wasserbedeckten Fläche der Erde ausmachen, beherbergen riesige Mengen Phyto- und Zooplankton. Diese Planktonvorkommen sind von enormer Wichtigkeit, da sie die Basis der marinen Nahrungskette bilden. Es gibt eine komplexe Jäger-Beute Beziehung zwischen Zoo- und Phytoplankton, und da die meisten planktonischen Organismen kein oder nur schwach ausgebildetes Sehvermögen besitzen, spielen chemische Signale in dieser Beziehung eine wichtige Rolle. Bisher ist nur sehr wenig über solche Signalstoffe bekannt. Eine Gruppe solcher Signalstoffe sind Copepodamide. Dabei handelt es sich um polare Lipide, mit zwei variablen Seitenketten, welche von Ruderfußkrebsen (Copepoda) in das sie umgebende Wasser abgegeben werden. Sie lösen Abwehrreaktionen in verschiedenen Phytoplankton Spezies, wie gesteigerte Toxin Bildung in Alexandrium minutum, aus. Da bisher nur wenig über Copepodamide bekannt ist, hat sich das Projekt mit verschieden Fragestellungen befasst. Es wurden die biologische Aktivität verschiedener Copepodamide auf Phytoplankton und spezifische Copepodamidmuster in verschieden Ruderfußkrebsarten untersucht. Weiterhin beschäftigte sich das Projekt mit der Fragestellung, wie die Kieselalge Skeletonema marinoi Copepodamide wahrnimmt. In der Arbeitsgruppe konnten, bis zu Projektbeginn, bereits neue Copepodamide identifiziert werden. Alle bisher gefundenen Copepodamide besitzen eine mehrfach ungesättigte Fettsäure als Seitenkette, wohingegen die neuen Copepodamide eine gesättigte Fettsäure angehängt haben. Die biologische Aktivität einer der neuen Verbindungen wurde im Rahmen des Projektes nachgewiesen. Es konnte gezeigt werden, dass auch dieses Copepodamid eine verstärkte Toxinbildung in Alexandrium minutum induziert. Untersuchungen zeigten zudem, dass Copepodamide weitere Abwehrmechanismen in Mikroalgen auslösen. So führen sie zu verkürzter Zellkettenlänge in Skletonema marinoi und die Dinoflagellaten Lingulodinium polyedra und Alexandrium tamarense zeigen eine verstärkte Biolumineszenskapazität nach Behandlung mit Copepodamiden. Eine Analyse der Copepodamid Komposition in verschiedenen Ruderfußkrebsarten ergab, dass die verschiedenen Spezies eine unterschiedliche Verteilung der einzelnen Copepodamide aufweisen. In der harpacticoiden Ruderfußkrebsart Tigriopus californicus, konnten hingegen gar keine Copepodamide nachgewiesen werden. Fütterungsexperimente, mit in Kultur lebenden Individuen der Spezies Acartia clausi und Temora longicornis, zeigten, dass diese spezifischen Copepodamid Muster zum Teil abhängig von der angebotenen Nahrung sind. In den limnischen Ruderfußkrebsen Cyclops sp. konnten dieselben Copepodamide wie in marinen Arten nachgewiesen werden. Dies legt nahe, dass Copepodamide auch in diesem System eine Funktion einnehmen. Skeletonema marinoi nimmt Copepodamide wahrscheinlich über G Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCR), mit zyklischemAMP (cAMP) als sekundärem Botenstoff, war. Dies legen pharmakologische Tests nahe. Behandlung von Skeletonema mit verschiedenen Substanzen, welche GPCR direkt oder Komponenten des cAMP Signalwegs beeinflussen, konnten die phänotypische Reaktion (Zellkettenverkürzung) auf Copepodamide dosisabhängig inhibieren.
Publications
- Effects of predator lipids on dinoflagellate defence mechanisms - increased bioluminescence capacity. Sci Rep 2017, Art nr: 13104
Lindström J, Grebner W, Rigby K, Selander E
(See online at https://doi.org/10.1038/s41598-017-13293-4) - Induction of defensive traits in marine plankton—new copepodamide structures. Limnol Oceanogr 2018
Grebner W, Berglund EC, Berggren F, Eklund J, Harðadóttir S, Andersson MX, Selander E
(See online at https://doi.org/10.1002/lno.11077) - Copepods drive large-scale trait-mediated effects in marine plankton. Sci Adv 2019, Vol. 5, no. 2, eaat5096
Selander E, Berglund E C, Engström P, Berggren F, Eklund J, Harðardóttir S, Lundholm N, Grebner W, Andersson M X
(See online at https://doi.org/10.1126/sciadv.aat5096)
