Морфофизиологические и биохимические характеристики сарциноидной микроводоросли Chlorosarcinopsis eremi (Chlorophyceae, Chlorophyta)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Исследован штамм VKM Al-132 зеленой сарциноидной микроводоросли, изолированный из каштановой почвы зоны сухих степей (Волгоградская область, Россия). По результатам световой и сканирующей электронной микроскопии, а также молекулярно-филогенетического анализа гена 18S рРНК и спейсера ITS2 штамм был идентифицирован как Chlorosarcinopsis eremi. Изучены особенности его роста и вторичного каротиногенеза в условиях двухстадийной накопительной культуры. Средняя продуктивность по сухой биомассе за 21 сут. эксперимента составляла 0.12 г/л·сут., а по суммарным каротиноидам – 0.2 мг/л·сут. В конце стадии вторичного каротиногенеза при доле суммарных каротиноидов в сухой биомассе около 0.25% доминирующими фракциями были кантаксантин и диэфиры астаксантина, причем сумма эфиров астаксантина достигала 36% от суммарных каротиноидов. Показано, что штамм VKM Al-132 может служить потенциально перспективным объектом дальнейших экспериментальных работ, направленных на оптимизацию условий для интенсификации процесса биосинтеза кетокаротиноидов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Н. В. Данцюк

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН

Author for correspondence.
Email: nterent@mail.ru
Russian Federation, Севастополь

И. Н. Чубчикова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН

Email: nterent@mail.ru
Russian Federation, Севастополь

А. Д. Темралеева

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФИЦ ПНЦБИ РАН

Email: nterent@mail.ru

Всероссийская коллекция микроорганизмов (ВКМ)

Russian Federation, Пущино

Г. С. Минюк

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН

Email: nterent@mail.ru
Russian Federation, Севастополь

В. В. Дробецкая

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН

Email: nterent@mail.ru
Russian Federation, Севастополь

References

  1. Groover R.D., Bold H.C. The taxonomy and comparative physiology of the Chlorosarcinales and certain other edaphic algae // Phycological studies VIII / Austin, Texas, USA. Univ. Texas Publications. 1969. № 6907. Р. 1.
  2. Андреева В.М. Почвенные и аэрофильные зеленые водоросли (Chlorophyta: Tetrasporales, Chlorococcales, Chlorosarcinales) / Спб.: Наука, 1998. 351 с.
  3. Friedl T., O’Kelly C.J. Phylogenetic relationships of green algae assigned to the genus Planophila (Chlorophyta): evidence from 18S rDNA sequence data and ultrastructure // Eur. J. Phycol. 2002. V. 37. Р. 373. https://doi.org/10.1017/S0967026202003712
  4. Friedl T. Evolution of the polyphyletic genus Pleurastrum (Chlorophyta): inferences from nuclear-encoded ribosomal DNA sequences and motile cell ultrastructure // Phycol. 1996. V. 35. Р. 456. https://doi.org/10.2216/i0031-8884-35-5-456.1
  5. Watanabe S., Mitsui K., Nakayama T., Inouye I. Phylogenetic relationships and taxonomy of sarcinoid green algae: Chlorosarcinopsis, Desmotetra, Sarcinochlamys gen. nov., Neochlorosarcina, and Chlorosphaeropsis (Chlorophyceae, Chlorophyta) // J. Phycol. 2006. V. 42. Р. 679. https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.2006.00196.x
  6. Соловченко А.Е. Физиология и адаптивное значение вторичного каротиногенеза у зеленых микроводорослей // Физиология растений. 2013. Т. 60. С. 3. https://doi.org/10.7868/S0015330313010089
  7. Jeffers T.L., Roth M.S. Revealing mechanisms of algal astaxanthin production and bioengineering potential using multiomics // Global Perspectives on Astaxanthin: From Industrial Production to Food, Health, and Pharmaceutical Applications / Eds. G.A. Ravishankar, R.R. Ambati. 2021. P. 181. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-823304-7.00010-6 0
  8. Chekanov K. Diversity and distribution of carotenogenic algae in Europe: A review // Mar. Drugs. 2023. V. 21. Р. 108. https://doi.org/10.3390/md21020108
  9. Cherdchukeattisak P., Fraser P.D., Purton S., Brocklehurst T.W. Detection and enhancement of ketocarotenoid accumulation in the newly isolated sarcinoid green microalga Chlorosarcinopsis PY02 // Biology. 2018. V. 7. Р. 1. http://dx.doi.org/10.3390/biology7010017
  10. Fučíková K., Lewis P.O., Neupane S., Karol K.G., Lewis L.A. Order, please! Uncertainty in the ordinal-level classification of Chlorophyceae // Peer J. 2019. V. 7 e6899. https://doi.org/10.7717/peerj.6899
  11. Khani-Juyabad F., Mohammadi P., Zarrabi M. Comparative analysis of Chlorosarcinopsis eremi mitochondrial genome with some Chlamydomonadales algae // Physiol. Mol. Biol. Plants. 2019. V. 25. Р. 1301. https://doi.org/10.1007/s12298-019-00696-y
  12. Чубчикова И.Н., Дробецкая И.В., Данцюк Н.В., Челебиева Э.С. Оптимизация метода фиксации пресноводных микроводорослей (Scenedesmaceae, Chlorophyta) для первичной идентификации с использованием сканирующей электронной микроскопии // Вопросы современной альгологии. 2022. № 1. С. 102. https://doi.org/10.33624/2311-0147-2022-1(28)-102-109
  13. Katana A., Kwiatowski J., Spalik K., Zakrys B., Szalacha E., Szymanska H. Phylogenetic position of Koliella (Chlorophyta) as inferred from nuclear and chloroplast small subunit rDNA // J. Phycol. 2001. V. 37. Р. 443.
  14. White T.J., Bruns T.D., Lee S., Taylor J. Amplification and direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics // PCR protocols, a guide to methods and applications / Eds. M.A. Innis et al. Academic Press. San Diego. 1990. P. 315. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-372180-8.50042-1
  15. Nakada T., Misawa K., Nozaki H. Molecular systematics of Volvocales (Chlorophyceae, Chlorophyta) based on exhaustive 18S rRNA phylogenetic analyses // Mol. Phylogenet. Evol. 2008. V. 48. P. 281. https://doi: 10.1016/j.ympev.2008.03.016
  16. Nakada T., Soga T., Tomita M., Nozaki H. Chlorogonium complexum sp. nov. (Volvocales, Chlorophyceae), and morphological evolution of Chlorogonium // Eur. J. Phycol. 2010. V. 45. Р. 97. https://doi.org/10.1080/09670260903383263
  17. Минюк Г.С., Челебиева Э.С., Чубчикова И.Н. Особенности вторичного каротиногенеза у Bracteacoccus minor (Chlorophyta) в условиях двухстадийной культуры // Альгология. 2015. Т. 25. С. 21. http://dx.doi.org/10.15407/alg25.01.02
  18. Bischoff H.W., Bold H.C. Some soil algae from enchanted rock and related algal species // Phycol. Stud. 1963. V. 4. P. 1.
  19. Минюк Г.С., Чубчикова И.Н., Дробецкая И.В., Данцюк Н.В., Челебиева Э.С. РФ Патент 2661086, 2018.
  20. Vonshak A. Microalgae: Laboratory growth techniques and outdoor biomass production // Techniques in Bioproductivity and Photosynthesis / Eds. J. Coombs et al. Pergamon Press. Oxford. 1985. P. 188.
  21. Solovchenko A., Merzlyak M., Khozin-Goldberg I., Cohen Z., Boussiba S. Coordinated carotenoid and lipid syntheses induced in Parietochloris incisa (Chlorophyta, Trebouxiophyceae) mutant deficient in Δ5 desaturase by nitrogen starvation and high light // J. Phycol. 2010. V. 46. P. 763. http://dx.doi.org/10.1111/j.1529-8817.2010.00849.x
  22. Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic membranes // Meth. Enzym. 1987. V. 148. P. 350.
  23. Дробецкая И.В, Минюк Г.С., Чубчикова И.Н., Боровков А.Б. Определение содержания астаксантина и кантаксантина у зеленых микроводорослей методом тонкослойной хроматографии // Экология моря. 2009. Спец. вып. 79. Биотехнология водорослей. С. 50.
  24. Чубчикова И.Н., Дробецкая И.В. Оценка антирадикальной активности вторичных каротиноидов у четырех видов зеленых микроводорослей порядка Sphaeropleales в системе in vitro // Труды Карадагской научной станции им. Т.И. Вяземского – природного заповедника РАН. 2020. Вып. 2. С. 66. https://doi.org/10.21072/eco.2021.14.07
  25. Чубчикова И.Н., Дробецкая И.В., Минюк Г.С., Данцюк Н.В., Челебиева Э.С. Скрининг одноклеточных зеленых водорослей как потенциальных источников природных кетокаротиноидов. 2. Особенности роста и вторичного каротиногенеза у представителей рода Bracteacoccus (Chlorophyсeae) // Морск. экол. журн. 2011. Т. 10. С. 91.
  26. Minyuk G., Chelebieva E., Chubchikova I., Dantsyuk N., Drobetskaya I., Sakhon E., Chekanov K., Solovchenko A. Stress-induced secondary carotenogenesis in Coelastrella rubescens, a producer of value-added keto-carotenoids // Algae. 2017. V. 32. P. 245. https://doi.org/10.4490/algae.2017.32.8.6
  27. Ali H.E.A., Vorisek F., Dowd S.E., Kesner S., Song Y., Qian D., Crocker M. Formation of lutein, ß-carotene and astaxanthin in a Coelastrella sp. isolate // Molecules. 2022. V. 27. P. 6950. https://doi.org/10.3390/molecules27206950
  28. Orosa M., Torres E., Fidalgo P., Abalde J. Production and analysis of secondary carotenoids in green algae // J. Appl. Phycol. 2000. V. 12. P. 553.
  29. Minyuk G., Sidorov R., Solovchenko A. Effect of nitrogen source on the growth, lipid, and valuable carotenoid production in the green microalga Chromochloris zofingiensis // J. Appl. Phycol. 2020. V. 32. P. 923. https://doi.org/10.1007/s10811-020-02060-0

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Strain C. eremi VKM Al-132. a – young vegetative cells (SEM). Light microscopy: b – “naked” zoospores, c – sarcinoid packages, d – mucous complex complexes of cells. Scale: a – 2 microns, b, C, d – 10 microns.

Download (178KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Phylogenetic position of the VKM Al-132 strain on the 18S rRNA gene tree (1737 bp). Bootstrap values are indicated as statistical support for tree nodes (<70% are not shown). The model of nucleotide substitutions: GTR + I + G. Notation: the strain under study is highlighted in bold, * is the authentic strain; (T) is the type species.

Download (579KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dynamics of biomass (SB) of the C. eremi strain VKM Al-132, at the “green” (I) and “red" (II) stages of the experiment (X ± m).

Download (68KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dynamics of pigment composition in culture and biomass of the strain C. eremi VKM Al-132, at the “green” (I) and “red" (II) stages of the experiment: a, g – Cl a, b, d – Cl b, c, e – total Kars (X ± m).

Download (196KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Strain VKM Al-132 at different stages of the experiment: (a) – “green", (b) – “red". The scale is 15 microns.

Download (189KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Culture of C. eremi VKM Al-132 (a) and chromatogram of carotenoids (b) at the end of the “red” stage. 1 – lutein, 2 – adonixanthine (monoesters), 3 – astaxanthin (monoesters), 4 – canthaxanthin, 5 – adonirubin (esters), 6 – astaxanthin (diesters), 7 – β-carotene.

Download (111KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Spectra of acetone extracts of carotenoids of the C. eremi strain VKM Al-132 at the end of the “red” stage of the experiment. 1 – lutein, 2– β-carotene, 3 – canthaxanthin, 4 – adonixanthin (monoesters), 5 – astaxanthin (diesters), 6 – astaxanthin (monoesters), 7 – adonirubin (monoesters), 8 – echinenone.

Download (183KB)
Indexing metadata
9. Supplement
Download (37KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences