Os pesquisadores conseguiram reconstruir a forma tridimensional do cloroplasto único a partir de várias centenas de imagens. Crédito: Universidade de Oldenburg/Grupo de Microbiologia Geral e Molecular
Uma maquinaria fotossintética distinta caracteriza um organismo unicelular presente na proliferação de algas.
Quais são os mecanismos celulares dentro de uma alga marinha unicelular espécies responsável por desencadear a proliferação de algas tóxicas? Um grupo de pesquisa sob a direção do microbiologista Prof. Ralf Rabus da Universidade de Oldenburg, Alemanha, conduziu as primeiras análises detalhadas da biologia celular incomum de Pronocentro cordadouma espécie globalmente difundida do grupo dos dinoflagelados, usando abordagens microscópicas e proteômicas avançadas.
Como a equipe relata na revista científica Fisiologia vegetalo fotossíntese O processo nesses microrganismos é organizado em uma configuração incomum que pode ajudá-los a se adaptar melhor às mudanças nas condições de luz nos oceanos. Os resultados do estudo poderão levar a uma melhor compreensão da incidência da proliferação de algas nocivas, que pode estar a tornar-se mais frequente devido às alterações climáticas.
Os dinoflagelados são organismos importantes nos ecossistemas marinhos e de água doce. Estes organismos unicelulares constituem uma proporção substancial do fitoplâncton de vida livre, que constitui a base da cadeia alimentar dos oceanos e lagos. Algumas espécies, incluindo Pronocentro cordadopodem proliferar em águas quentes e ricas em nutrientes e formar algas nocivas.
Seção transversal de uma célula da microalga Pronocentro cordado. O núcleo com os cromossomos está à direita. Um único cloroplasto em forma de barril ocupa 40% do volume celular. Crédito: Universidade de Oldenburg/Grupo de Microbiologia Geral e Molecular
“Estudámos este organismo porque apesar da sua relevância ambiental a sua biologia celular e fisiologia metabólica ainda são pouco compreendidas”, disse Rabus. Além de estudar a fotossíntese nas microalgas, os investigadores também examinaram a estrutura dos seus núcleos celulares e a sua resposta ao stress térmico em colaboração com equipas das Universidades de Hanover, Braunschweig e Munique e expuseram as descobertas em dois outros artigos publicados recentemente. .
Técnicas avançadas de imagem revelam estruturas celulares únicas
Usando um poderoso microscópio eletrônico de varredura com feixe de íons focado na Ludwig-Maximilians-Universität Munique, a equipe liderada por Rabus e pela autora principal Jana Kalvelage do Instituto de Química e Biologia do Ambiente Marinho (ICBM) foi capaz de reconstruir os três arquitetura tridimensional dos cloroplastos, onde ocorre a fotossíntese. Os cientistas conseguiram gerar cerca de 600 camadas de imagem de uma única célula de alga e depois combinar as seções para criar uma imagem espacial tridimensional e de alta resolução dos organismos unicelulares de formato oval, que geralmente têm cerca de 10 a 20 milésimos de tamanho. de um milímetro de comprimento. A análise revelou que Pronocentro cordado têm apenas um único cloroplasto em forma de barril que ocupa 40% do volume celular.
As análises proteômicas (proteínas) revelaram então diferenças marcantes entre o aparato fotossintético das microalgas e o das Arabidopsis thaliana, uma planta modelo bem estudada em pesquisa genética. Em ambas as espécies, a fotossíntese ocorre em estruturas proteicas complexas incorporadas no extenso sistema de membranas do cloroplasto.
No entanto, em Pronocentro cordado a equipe observou que a conversão da energia solar em energia bioquímica ocorre em uma única grande estrutura composta por numerosas proteínas, conhecida como “megacomplexo”, enquanto nos cloroplastos das espécies vegetais as diferentes etapas da fotossíntese ocorrem em estruturas espacialmente separadas . A equipe também informou que P. coração usa um grande número de diferentes proteínas de ligação de pigmentos para capturar eficientemente a energia solar. “Essa diversidade é uma adaptação especial às mudanças nas condições de luz a que o organismo está exposto nos oceanos”, explicou Rabus.
Explorando a complexidade e adaptabilidade genética
Dois outros estudos publicados no ano passado destacam a biologia incomum das microalgas: no primeiro, uma equipe germano-australiana, da qual também faziam parte os pesquisadores do ICBM, descobriu que os organismos têm um genoma muito grande, com o dobro de pares de bases dos humanos. A equipe também descobriu que as algas alteram seu metabolismo e sua taxa de crescimento desacelera em resposta ao estresse térmico. Numa segunda publicação, a equipe liderada por Rabus e Kalvelage descreveu o núcleo celular com mais detalhes, relatando que P. coração tem 62 cromossomos, um número incomumente alto que preenche quase todo o núcleo da célula. A função de uma grande proporção das proteínas nucleares identificadas pelos pesquisadores é atualmente desconhecida, observou a equipe.
“Investigamos como esta importante microalga funciona em nível molecular. Estas descobertas constituem a base para uma melhor compreensão do seu papel no ambiente”, sublinhou Rabus. Investigações futuras poderão fornecer respostas a questões como a forma como o metabolismo do organismo reage a outros factores de stress – e porque é que a espécie é capaz de se adaptar a uma gama tão ampla de condições ambientais, desde as dos trópicos até às dos climas temperados, explicou.
Referência: “Cloroplasto conspícuo com megacomplexo de fotossistema I/II de coleta de luz em Prorocentrum cordatum marinho” por Jana Kalvelage, Lars Wöhlbrand, Jennifer Senkler, Julian Schumacher, Noah Ditz, Kai Bischof, Michael Winklhofer, Andreas Klingl, Hans-Peter Braun e Ralf Rabus, 08 de fevereiro de 2024, Fisiologia vegetal.
DOI: 10.1093/plphys/kiae052
O estudo foi financiado pela Fundação Alemã de Pesquisa.
