Die Gen-Editing-Technologie enthüllt molekulare Mechanismen, die die Signale der Diatomeenpopulationsdichte steuern

Die komplexe Dynamik von Kieselalgenblüten, die von unzähligen äußeren Faktoren und inneren Signalen beeinflusst wird, fasziniert Wissenschaftler nach wie vor. Nachdem die Forscher die potenzielle Rolle der Dichtewahrnehmung und der intrazellulären Signalübertragung bei der Bestimmung dieser Phänomene erkannt hatten, begannen sie, die molekularen Grundlagen der Regulierung der Diatomeenpopulationsdichte aufzuklären.

Kürzlich berichtete ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Wang Guangce vom Institut für Ozeanologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IOCAS) über die wichtige Rolle der marinen Kieselalge SLC24A bei der Wahrnehmung und Regulierung des Signals der Ozeandichte.

Die Studie wurde veröffentlicht in Das ISME-Magazin.

Die Forscher identifizierten sorgfältig potenzielle Gene, die an der Dichtesignalisierung beteiligt sind, und zielten darauf ab, was in der Entdeckung des Kerngens PtSLC24A gipfelte. Zwei PtSLC24A-Knockout-Mutanten von Phaeodactylum tricornutum wurden mithilfe der CRISPR/Cas9-Geneditierungstechnologie erhalten.

Intrazelluläres Ca²⁺ Konzentrationsmessungen deuteten darauf hin, dass die Zelldichte Ca induzieren könnte²⁺ Reaktionen und der Abbau von PtSLC24A erhöhten das intrazelluläre Ca²⁺ Konzentration. Dreidimensionale Strukturmodellierung und Simulationsrechnungen des PtSLC24A-Proteins bestätigten dessen Ca²⁺ Transportfunktion.

Die Ergebnisse zeigten, dass eine hohe Dichte Zellapoptose auslösen kann und dass der Abbau von PtSLC24A dieses Phänomen verschlimmert. PtSLC24A beeinflusste auch die dichteabhängige Genexpression bei unterschiedlichen Zelldichten.

Über das Labor hinaus wurde die ökologische Relevanz von SLC24A durch seine allgegenwärtige Verbreitung an den Standorten der Tara Oceans hervorgehoben, wobei die Expressionsmuster positiv mit dem Chlorophyllgehalt verschiedener mariner Phytoplankton-Taxa korrelierten.

„Diese Ergebnisse unterstreichen die zentrale Rolle von Ca, das durch SLC24A vermittelt wird²⁺ „Signalisierung bei der Vermittlung dichteabhängiger Reaktionen in natürlichen Meeresökosystemen und liefert wesentliche Einblicke in die ökologischen Auswirkungen der Dynamik der Diatomeenpopulation“, sagte Dr. Gu Wenhui, korrespondierender Autor der Studie.

Basierend auf Daten aus der Molekulargenetik, Zellphysiologie, computergestützten Strukturbiologie und In-situ-Meeresdaten wurde ein Ca²⁺Es wurde ein intrazellulärer Signaltransduktionsmechanismus vorgeschlagen, der durch Zelldichtesignale von marinen Kieselalgen vermittelt wird.

Dem Modell zufolge beschleunigt PtSLC24A auf der Zellmembran den intrazellulären Ca-Ausfluss, wenn Zellen chemische Signale empfangen, die Populationsdichtesignale übertragen.²⁺ um ein spezifisches intrazelluläres Ca aufrechtzuerhalten²⁺ Sie pegeln Dichtesignale ein und übertragen sie intrazellulär, regulieren dann physiologische Prozesse, einschließlich der Zellapoptose, und beeinflussen letztendlich das Schicksal der Population.

Durch die Abgrenzung eines Ca²⁺Durch den PtSLC24A-vermittelten intrazellulären Signaltransduktionsmechanismus erweitert die Studie nicht nur unser Verständnis der Dynamik der Diatomeenproliferation, sondern hat auch tiefgreifende Auswirkungen auf die hochdichte Kultivierung von Mikroalgen für industrielle Anwendungen.