Talasjosira -Thalassiosira

Thalassiosira Zakres czasowy: 11.608-0.0  Ma PreꞒ Ꞓ O S D C P T J K Pg n
Gatunki kopalne Thalassiosira
Klasyfikacja naukowa
Domena:	Eukariota
(bez rankingu):	SAR
Superphylum:	Heterokonta
Klasa:	Coscinodiscophyceae
Zamówienie:	Thalassiosirales
Rodzina:	Thalassiosiraceae
Rodzaj:	Thalassiosira PT Cleve , 1873 emend. Hasle , 1973
Gatunek
Zobacz tekst

Thalassiosira to rodzaj centrycznych okrzemek, obejmujący ponad 100 gatunków morskich i słodkowodnych. Jest to zróżnicowana grupa fotosyntetycznych eukariontów, które stanowią istotną część ekosystemów morskich i słodkowodnych, w których są kluczowymi producentami pierwotnymi i niezbędnymi do obiegu węgla

Thalassiosira to zróżnicowany rodzaj, jednak jeden gatunek w obrębie rodzaju, T. pseudonana , zyskał szczególne znaczenie jako pierwszy fitoplankton morski, którego genom został zsekwencjonowany. T. pseudonana stał się od tego czasu kluczowym organizmem modelowym do badania fizjologii okrzemek. T. pseudonana genomu wykazały nowe geny wewnątrzkomórkowym transporcie i metabolizmu okrzemki. Gatunek ten został ponownie wykorzystany do opracowania metod manipulacji genetycznej okrzemek oraz do badań biomineralizacji krzemionki.

Tło

Thalassiosira została po raz pierwszy opisana w 1873 roku przez PT Cleve. Rodzaj został następnie scharakteryzowany za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej w latach 50. i skaningowej mikroskopii elektronowej w latach 60., co doprowadziło do lepszego zrozumienia definiujących cech morfologicznych rodzaju i późniejszego rozpoznania ponad 100 gatunków

Gatunek Thalassiosira , T. pseudonana , został wybrany jako pierwszy morski fitoplankton eukariotyczny, który został poddany sekwencjonowaniu całego genomu, ze względu na jego mały 34Mb genom. W rezultacie T. pseudonana posłużył jako organizm modelowy do zrozumienia biologii okrzemek. Sekwencjonowanie całego genomu, transkryptomika i proteomika T. pseudonana ujawniły nowe szlaki biogenezy krzemu, odpowiedzi na stres fosforowy, transportu wewnątrzkomórkowego i metabolizmu w morskich okrzemkach. Ostatnie badania genetyczne wykorzystujące sekwencje genów rybosomalnego RNA lepiej rozróżniają i klasyfikują gatunki Thalassiosira, a metabolomika definiuje związki organiczne wytwarzane przez Thalassiosira.

Opis

Niektóre okrzemki Thalassiosira tworzą kolonie przypominające łańcuchy, takie jak te zebrane w pobliżu wybrzeża Półwyspu Antarktycznego przez szkuner Ekspedycji Tara Oceans w celu zbadania planktonu.
Ten konfokalny obraz przedstawia ścianę komórkową okrzemek (błękitny), chloroplasty (czerwony), DNA (niebieski), błony i organelle (zielony).

Thalassiosira ma różne kształty, od kształtu pudełka po cylindryczny, tarczowy lub kulisty. Niektóre komórki Thalassiosiry występują pojedynczo, podczas gdy inne tworzą łańcuchy. Thalassiosira ma ścianę komórkową wykonaną z krzemionki, znaną jako frustule. Thalasiosira zawiera kilka tarczowatych plastydów i okrągły zawór, który zawiera pory ułożone w rzędy lub łuki, otwierające się na zewnątrz. Krawędź płaszcza wentyla jest usiana szeregiem taśm. Różne gatunki Thalassiosiry można zidentyfikować na podstawie cech morfologicznych ich otoczek i procesów na zastawce. Podczas tworzenia kolonii Thalassiosira uwalnia włókna chitynowe poprzez procesy rozporowe znane jako fultoportulae. Wytłaczając włókna chitynowe, a tym samym zwiększając opór, Thalassiosira może spowolnić tempo ich opadania.

Siedlisko i ekologia

Thalassiosira zajmuje różnorodne siedliska, zarówno morskie, jak i słodkowodne. Warto zauważyć, że są one ważnymi producentami pierwotnymi w regionach o klimacie umiarkowanym i polarnym. Thalassiosira może rozwijać się w niskich temperaturach i oświetleniu, a także w wodach mieszanych, a zatem jest dużą częścią kwitnienia okrzemek wiosną w regionach o klimacie umiarkowanym, takich jak wody Kanady i Alaski. Gatunki z tego rodzaju są również zdolne do tworzenia nitek obronnych przeciwko zooplanktonowi, co pozwala im przetrwać drapieżnictwo, które normalnie trzyma w ryzach kwitnienie fitoplanktonu.

Gatunki Thalassiosira są zróżnicowane zarówno pod względem ekologii, jak i fizjologii, ze zmiennymi mechanizmami magazynowania azotu lub zapotrzebowania na żelazo. Stężenia żelaza, temperatura i dostępność makroskładników zostały zidentyfikowane jako ważne czynniki dla składu zbiorowisk gatunków Thalassiosira w wodach morskich.

Genetyka

Mikrofotografia fluorescencyjna okrzemki Thalassiosira nanae . Chloroplasty są czerwone, lipidy neutralne zielone, DNA niebieskie, a ściana komórkowa biała. Mikroskopia fluorescencyjna dostarcza trójwymiarowych informacji o poszczególnych składnikach, umożliwiając pomiar ich objętości.

Badania filogenetyczne oparte na genach 18S rRNA ujawniły kilka kladów w obrębie Thalassiosira , ogólnej grupy parafiletycznej w rodzinie Thalassiosirales. Relacje gatunków w obrębie kladów pozostają do wyjaśnienia.

Sekwencja genomu T. pseudonana ujawniła szereg cech, które odróżniają okrzemki od innych eukariontów. Na przykład czynniki transkrypcyjne szoku cieplnego stanowią większość czynników transkrypcyjnych w genomie T. pseudonana , chociaż występują rzadziej u innych eukariontów. Od innych genomów eukariotycznych odróżnia go również względny brak kinaz receptorowych i receptorów sprzężonych z białkiem G. Bardziej specyficzne dla biologii okrzemek, zrozumienie biochemii krzemu w okrzemkach zostało pogłębione dzięki odkryciu genów zaangażowanych w pobieranie kwasu krzemowego i białek zaangażowanych w pęcherzyki do wytrącania krzemionki.

Zaskakującym odkryciem genomu T. pseudonana była obecność genów kodujących enzymy dla pełnego cyklu mocznikowego, co było bezprecedensowe w fotosyntetycznym eukarioncie. Wiadomo, że okrzemki wykorzystują enzym ureazę do katalizowania rozkładu mocznika i dlatego nie spodziewano się, że będą potrzebowały mechanizmów wydalania go jako odpadu. Co ciekawe, cykl mocznikowy T. pseudonana zasila inne szlaki metaboliczne, które przyczyniają się do biosyntezy białek i prawdopodobnie magazynowania energii.

Koło życia

Thalassiosira może podlegać rozmnażaniu zarówno bezpłciowemu, jak i płciowemu w procesach wspólnych dla innych okrzemek. Podczas rozmnażania bezpłciowego komórka rodzicielska dzieli się na dwie komórki potomne o nierównej wielkości — jedną równą wielkości rodzica i jedną mniejszą. To ograniczenie rozmiaru podczas podziału mitotycznego wynika z obecności sztywnej ściany komórkowej krzemionki. W rezultacie, po wielu podziałach komórkowych, rozmiar każdej komórki potomnej zmniejszy się. Aby poradzić sobie z malejącym rozmiarem komórek, Thalassiosira może przejść do rozmnażania płciowego, które jest wywoływane przez szereg czynników środowiskowych, które nie są dobrze poznane, gdy komórki osiągną krytycznie mały rozmiar. Podczas rozmnażania płciowego plemnik i komórka jajowa, które mogą powstać z tej samej komórki, łączą się, tworząc diploidalną zygotę, zwaną auksosporą. To potomstwo może następnie wyłonić się z rodzicielskiej kłębowiska (ściany krzemionkowej) i zrekonstruować własną ścianę komórkową, stając się w ten sposób komórką o większym rozmiarze.

Historia skamieniałości

Zapis geologiczny Thalassiosiry sięga 13,82 miliona lat temu. Zapis kopalny zarówno słodkowodnych, jak i morskich organizmów Thalassiosiry jest znaczny, chociaż kolekcja słodkowodna została bardziej szczegółowo scharakteryzowana.

Praktyczne znaczenie

T. pseudonana jest szczególnie przydatny do badań molekularnych ze względu na mały rozmiar genomu. Ujawniono nowe szlaki biosyntezy krzemionki, które obejmują wychwyt kwasu monokrzemowego ze środowiska morskiego, transport wewnątrzkomórkowy do wyspecjalizowanego pęcherzyka oraz wyspecjalizowane enzymy i peptydy napędzające syntezę krzemionki.

Biosynteza krzemionki, dla której gatunek T. pseudonana stał się organizmem modelowym do badań, była szczególnie interesująca w kontekście inżynierii nanotechnologii krzemionki. Na przykład zmodyfikowany T. pseudonana został zbadany jako pęcherzyk dostarczający lek w leczeniu raka.

Thalassiosira , wśród innych okrzemek, została również uznana za potencjalnie użyteczne źródło lipidów do biopaliw. W szczególności wykazano , że T. weissflogii zmniejsza syntezę krzemionki, jednocześnie zwiększając produkcję triacylogliceroli, gdy jest hodowany w warunkach ograniczających azot.

Klasyfikacja naukowa

• Królestwo : Chromista
  • Podkrólestwo : Harosa
    • Infrakingdom : Heterokonta
      • Gromada : Ochrophyta
        • Podtyp: Khakista
          • Klasa : Bacillariophyceae
            • Podklasa : Coscinodiscophycidae
              • Nadrzędność : Thalassiosiranae
                • Zamówienie : Thalassiosirales
                  • Rodzina : Thalassiosiraceae
                    • Rodzaj : Thalassiosira

Lista gatunków

Bibliografia

Dalsze referencje

• Ograniczony pod względem składników odżywczych i światła wzrost Thalassiosira fluviatilis w hodowli ciągłej, z implikacjami dla wzrostu fitoplanktonu w oceanie. EA Laws, TT Bannister - Limnologia i oceanografia, 1980
• Wpływ wodnej chemii żelaza na pobieranie żelaza przez przybrzeżne okrzemki Thalassiosira weissflogii. MA Anderson, FMM Morel, Limnologia i oceanografia, 1982

Zewnętrzne linki

• Dane dotyczące Thalassiosiry w Wikispecies
• Multimedia związane z Thalassiosira w Wikimedia Commons