Метаболизм мембранных липидов у свободноживущих и симбиотических зеленых водорослей рода Pseudococcomyxa в условиях дефицита фосфора

Киселева, Мария Анатольевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Метаболизм мембранных липидов у свободноживущих и симбиотических зеленых водорослей рода Pseudococcomyxa в условиях дефицита фосфора
ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Метаболизм мембранных липидов у свободноживущих и симбиотических зеленых водорослей рода Pseudococcomyxa в условиях дефицита фосфора"

На правах рукописи . /

ии3454 ЮО

Киселева Мария Анатольевна

Метаболизм мембранных липндов у свободноживущих и симбиотических зеленых водорослей рода Ряеийососсотуха в условиях дефицита фосфора

03.00.12 - «Физиология и биохимия растений»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург - 2008

003454100

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Ботаническом институте им. В.Л. Комарова РАН

Научный руководитель

кандидат биологических наук Котлова Екатерина Робертовна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Кислюк Ирина Марковна

доктор биологических наук Розенцвет Ольга Анатольевна

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский государственный университет

Защита состоится 10 декабря 2008 г. в 1530 часов на заседании диссертационного совета Д 002.211.02 при Ботаническом институте им. В. Л. Комарова РАН по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 2. Тел. (812) 346-37-42, факс (812) 346-36-43.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ботанического института им. В. Л. Комарова.

Автореферат разослан 8 ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета,

кандидат биологических наук

О.С. Юдина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Фосфор является одним из важнейших элементов, необходимых для роста и развития живых организмов. Это неотъемлемый компонент таких ключевых молекул как АТФ, нуклеиновые кислоты, фосфолипиды. Фосфор играет важную роль в фотосинтезе и дыхании, участвует в процессах передачи генетической информации, рецепции и трансдукции клеточного сигнала, энергетическом обмене (Raghothama, 1999). Недостаток фосфора в среде или невозможность его эффективного извлечения приводят к разнообразным нарушениям, включая снижение интенсивности синтеза соединений, метаболически связанных с образованием глутаминовой, аспарагиновой и шикимовой кислот, торможение трансляции, ослабление фотосинтеза, замедление процессов передачи сигнала и клеточной пролиферации (Boiling, Fiehn, 2005; Moseley et al„ 2006).

В ходе эволюции у высших растений выработались разнообразные морфологические и биохимические механизмы, направленные на более эффективное извлечение, утилизацию и экономное использование фосфора (Andersson et al., 2003; Hernandes et al., 2007). Один из таких механизмов связан с модификацией мембранных структур и изменением скорости и направленности метаболизма входящих в их состав соединений. В частности, показано, что при дефиците фосфора может происходить частичная замена фосфорсодержащих липидов на гликолипиды (Jouhet et al., 2004; Andersson et al., 2005). При этом в стрессовых условиях активируются альтернативные пути синтеза гликолипидов, связанные с работой особых синтазных комплексов (Kobayashi et al., 2004).

В отличие от высших растений, древние группы фотосинтезирующих организмов (бактерий, водорослей) могут выдерживать гораздо более жесткие условия фосфорного голодания (Spijkerman, Coesel, 1996; Spijkerman, 2007). Однако пути их адаптации к недостатку этого элемента изучены недостаточно. В частности, требует более детального исследования обнаруженная недавно способность водорослей использовать при синтезе гликолипидов более широкий круг жирнокислотных субстратов, в том числе бетаиновые липиды и триглицериды (Khozin-Goldberg et al., 2006).

индукцией синтеза липидов бетаинового типа, как это происходит у многих представителей древних групп свободноживущих фотосинтезирующих организмов (СшсЫпа й а1., 2003). В связи с этим сравнительное изучение биохимических механизмов адаптации свободноживущих и симбиотических видов представляется особенно актуальным. Не исключено, что в ходе подобных исследований будут выявлены другие, альтернативные способы адаптации симбиотических организмов к недостатку фосфора, в том числе и на уровне мембранных липидов.

Цель и задачи исследования. Целью исследования было выявить возможные способы адаптации к дефициту фосфора на уровне мембранных липидов у зеленых водорослей рода Рзеийососсотуха и определить их особенности у свободноживущих и симбиотических видов.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1) выяснить, как влияет недостаток фосфора на рост и морфологические характеристики водорослевых культур;

2) определить роль гликолипидов в адаптации свободноживущих и симбиотических зеленых водорослей к дефициту фосфора;

3) выяснить, связан ли процесс адаптации к недостатку фосфора с индукцией синтеза бетаиновых липидов;

4) определить особенности роста, морфологии и липидного состава водорослей в условиях длительного фосфорного голодания;

5) на модельной культуре водорослей с гетеротрофным типом питания выяснить, функционируют ли в условиях дефицита фосфора альтернативные пути синтеза гликолипидов.

Научная новизна. В настоящей работе впервые проведен сравнительный анализ состава мембранных липидов у свободноживущих и симбиотических видов одноклеточных зеленых водорослей рода Рхеиёососсотуха. Показано, что по составу индивидуальных классов мембранных липидов свободноживущие и симбиотические виды не имеют принципиальных отличий, однако галактолипиды симбиотических водорослей, как правило, характеризуются более высокой степенью ненасыщенности.

Впервые показано, что адаптация к недостатку фосфора может сопровождаться длительным поддержанием или увеличением исходной концентрации ФХ*, причем подобная реакция была характерна для видов, наиболее успешно адаптирующихся к условиям фосфорного голодания.

Впервые проведено сравнительное изучение особенностей адаптации к дефициту фосфора авто- и гетеротрофных культур. Установлено, что при

недостатке фосфора в условиях гетеротрофного питания многократно

Принятые сокращения: ДГДГ - дигалактозилдиацилглицериды, ДГТС - диацилглицерил-триметилгомосерины, ЖК - жирные кислоты, МГДГ - моногалактозилдиацилглицериды, СХДГ - сульфохиновозилдиацилглицериды, ФГ - фосфатидилглицерины, ФИ - фосфатидилинозиды, ФК - фосфатидные кислоты, ФХ - фосфатидилхолины, ФЭ - фосфатидилэтаноламины.

увеличивается содержание гликолипидов МГДГ и липидов бетаинового типа ДГТС. Анализ жирнокислотного состава этих соединений указывает на участие ДГТС в синтезе гликолипидов.

Практическая значимость результатов. Дефицит фосфора является одним из основных абиотических стрессов, лимитирующих рост и продуктивность растений, в т.ч. сельскохозяйственных. Новые данные об особенностях метаболизма толерантных к недостатку фосфора организмов способствуют пониманию основ устойчивости и могут быть полезны в селекционной работе, а также при создании трансгенных растений, устойчивых к данному воздействию.

Апробация работы. Результаты и основные положения диссертации доложены на I (IX) Международной конференции молодых ботаников в Санкт-Петербурге (Санкт-Петербург, 2006), II Международном симпозиуме «Сигнальные системы клеток растений: Роль в адаптации и иммунитете» (Казань, 2006), IV Европейском конгрессе по липидам (Испания, Мадрид, 2006), 48-й Международной конференции по фундаментальным исследованиям липидов (Финляндия, Турку, 2007), 18-м Международном симпозиуме по липидам растений (Франция, Бордо, 2008) и Международном симпозиуме «Липиды и оксилипины растений» (Казань, 2008).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 работах, в том числе в 1 статье.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает следующие разделы: введение, обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты и обсуждение, заключение и выводы. Список литературы включает 195 наименований, в том числе 158 на иностранных языках. Работа изложена на 130 страницах, содержит 19 таблиц, 40 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования.

Объекты исследования. В качестве объектов исследования были использованы штаммы 6 видов одноклеточных зеленых водорослей, принадлежащих, по данным коллекции SAG, к роду Соссотуха (отдел Chlorophyta, порядок Chlorococcales, семейство Chlorellaceae), в т.ч. свободноживущие С. chodatii (SAG, 216-2), С. simplex (SAG, 216-9а), С. elongata (SAG, 216-ЗЬ) и симбиотические С. peltigera variolosae (SAG, 216-6), С. mucigena (SAG, 216-4), С. sobrina bisporae (SAG, 216-10). Согласно современным представлениям все вышеуказанные виды относятся к роду Pseudococcomyxa (Kostikov et al., 2002; Kostikov et al., in press). Данное название рода используется и в настоящей работе.

Используемые в работе виды водорослей отличаются по экологии и географическому распространению. P. chodatii (Jaag) Kostikov, Darienko et Hoffmann и P. simplex (Mainx) Fott - широко распространенные виды, обитающие в водоемах, в т.ч. загрязненных, на поверхности почвы, а также растительных и каменистых субстратах. (Андреева, 1998; Koctíkob и др.,

2001; Nemjovä, 2007). P. elongata (Jaag) Kostikov, Darienko et Hoffmann, ad int.

- редкий вид, встречающейся в пресноводных водоемах Европы. P. variolosae (Jaag) Kostikov, Darienko et Hoffmann, ad int. и P. mucigena (Jaag) Kostikov, Darienko et Hoffmann, ad int. - симбионты лишайников Peltigera leucophlebia (Nyl.) Gyeln. и P. aphthosa (L.) Willd., соответственно, обитающих в Арктике и бореальной зоне на почве, камнях, среди мхов (Vitikainen., 1994). Р. solorinae-bisporae (Jaag) Kostikov, Darienko et Hoffmann, ad int. - симбионт лишайника Solorina bisporae Nyl., встречающегося на горных породах, содержащих известь (Блюм и др., 1975).

Постановка эксперимента. Культуры водорослей выращивали в стеклянных колбах на минеральной среде Болда (Deason and Bold, 1960) при 8°С и постоянном освещении 1000 лк в течение 48-60 сут (в экспериментах по влиянию длительного фосфорного голодания - 120 сут). Использовали стационарный метод культивирования (без дополнительной аэрации воздухом, обогащенным С02). Дефицит фосфора создавали путем полного исключения из среды фосфорсодержащих солей. В эксперименте по влиянию дефицита фосфора на метаболизм липидов гетеротрофной культуры, водоросли выращивали на среде Болда с 2% сахарозой при аналогичном температурном режиме, в темноте в течение 60 сут.

Экстракция, разделение и идентификация липидов. Липиды экстрагировали с помощью изопропанола и хлороформа по методу В. Nichols (1963) с модификациями. Индивидуальные компоненты липидов анализировали методом двумерной высокоэффективной тонкослойной хроматографии на стеклянных пластинах (Merck, Германия). Разделение липидов проводили в системе растворителей: хлороформ/метанол/вода (65:25:4 по объему) - первое направление и хлороформ/ацетон/метанол/уксусная кислота/вода (50:20:10:10:5 по объему)

- второе направление (Benning et al., 1995). Индивидуальные классы липидов идентифицировали, используя стандартные свидетели и реагенты на отдельные функциональные группы (Кейтс, 1975).

Анализ содержания индивидуальных классов липидов. Количество индивидуальных классов фосфо-, глико- и бетаиновых липидов определяли на денситометре Денскан (Ленхром, Россия). Хроматограммы анализировали в режиме линейной аппроксимации по калибровочным кривым, используя ФХ (Sigma, Германия) и МГДГ (Larodan, Швеция) в качестве стандартов.

Анализ жирных кислот. Жирные кислоты анализировали в виде их метиловых эфиров методом капиллярной газо-жидкостной хроматографии на хроматографе Кристалл 5000.1 (Россия) с использованием капиллярной колонки НР-23 (30 м х 0.32 мм х 0.25 мкм) при программировании изменений температуры термостата: 3 мин при 170°С, затем повышение до 220°С со скоростью 4°С/мин. Температура испарителя - 250°С, детектора - 230°С. Газ-носитель - азот. ЖК идентифицировали, сравнивая относительное время удерживания полученных пиков со стандартами, а также по масс-спектрам с помощью газо-жидкостного хроматографа Agilent 6850 с масс-спектрометрическим детектором Agilent 7975В (США). Относительное

содержание ЖК в пробе (в % от общего количества ЖК) рассчитывали по площади пиков с помощью программы Хроматек-Аналитик 1. (Россия). В таблицах, приведенных в разделе Результаты и обсуждение, представлены только основные кислоты, содержание которых превышало 3% от суммы ЖК. Индекс ненасыщенности вычисляли по формуле:

Un =-.

100%

Определение интенсивности обмена липидов. Суспензию водорослей инкубировали со 185 кБк [2-14С]-ацетата натрия при 20°С и освещении 500 лк в течение 1ч ЗОмин. Радиоактивность измеряли на сцинтилляционном счетчике LS-100C «Beckman» (США) и выражали в имп/ (мин г сухой массы).

Статистическую обработку материалов проводили по стандартным методикам с использованием офисных программ Microsoft Excel 2000. Полученные данные выражали в виде средней арифметической и ошибки средней арифметической. Достоверность различий между контролем и опытом оценивали по критерию Стьюдента при доверительном уровне Pt=95%. Количество независимых биологических повторностей - от 3 до 5.

Результаты и обсуждение.

Влияние дефицита фосфора на рост и морфологические характеристики свободноживущих и симбиотических водорослей рода Pseudococcomyxa.

Рост водорослей на полной питательной среде и в условиях дефицита фосфора. Изучение интенсивности ростовых процессов показало, что два свободноживущих вида водорослей (P. chodatii, P. simplex) отличаются достаточно активным ростом в культуре. После 48 сут культивирования на полной питательной среде концентрация их клеток достигала порядка 12х10б/см3. В

условиях дефицита фосфора интенсивность роста культур снижалась приблизительно в 1.5 раза. В результате плотность колоний к концу срока наблюдений уменьшалась до 6х10б/см3 у P. chodatii и

Зх106/см3 у

P. simplex.

У P. elongata интенсивность роста в культуре оказалась ниже. К 48 сут плотность культуры, выращенной на полной питательной среде, достигала порядка 7х10б/см3, в условиях недостатка фосфора - Зх106/см .

При исследовании роста симбиотических видов рода Pseudococcomyxa выявили два типа поведения водорослей в культуре. Так, если для Р. variolosae были характерны достаточно активный рост в оптимальных условиях (концентрация клеток после 48 сут культивирования составляла 7х10б/см3) и резкое торможение процесса пролиферации при недостатке фосфора (плотность культуры снижалось до 2х10б/см ), то два других вида отличались крайне слабым ростом вне зависимости от концентрации фосфора в питательной среде (плотность 48 сут культуры не превышала

2х106/см3).

Морфология водорослей, выращенных на полной питательной среде и в условиях дефицита фосфора. В условиях недостатка фосфора, у исследованных видов водорослей рода Pseudococcomyxa, изменялись форма и размер клеток, объем хлоропласта, а также содержание и размер цитоплазматических включений.

У двух свободноживущих видов (P. chodatii, P. simplex), происходило увеличение размеров клеток, уменьшался объем хлоропласта. Существенно увеличивались количество и размер включений.

Клетки P. elongata, напротив, резко уменьшались в размерах. Количество внутриклеточных гранул не изменялось или даже снижалось.

Изменения в клеточной морфологии симбиотических видов водорослей, также как у большинства свободноживущих видов, были связаны с увеличением размеров и изменением формы клеток. Однако эти реакции у фотобионтов были менее выражены по сравнению со свободноживущими видами. Размер хлоропласта увеличивался (P. variolosae) или оставался без изменений (P. mucigena, P. solorinae-bisporae), появлялось большое количество мелких включений.

Состав мембранных липидов свободноживущих (P. chodatii, Р. simplex, P. elongata) и симбиотических (P. variolosae, P. mucigena, Р. solorinae-bisporae) водорослей рода Pseudococcomyxa.

Анализ мембранных липидов показал, что в клетках зеленых водорослей рода Pseudococcomyxa доминируют гликолипиды, представленные МГДГ, ДГДГ и СХДГ (рис. 1). На их долю, в зависимости от вида, приходилось от 75 до 95% (от суммы мембранных липидов).

Среди фосфолипидов были идентифицированы ФХ, ФЭ, ФГ, ФИ и ФК. Суммарное содержание фосфолипидов у водорослей рода Pseudococcomyxa оказалось небольшим - от 4% у P. chodatii до 14% у P. elongata и Р. solorinae-bisporae. Незначительный вклад этих, преимущественно экстрахлоропластных соединений, характерен для многих видов одноклеточных водорослей (Thompson, 1996), клетки которых содержат один хлоропласт, заполняющий '/2 - 2/3 объема клетки и весьма ограниченное количество других субклеточных элементов, в сумме занимающих менее '/4 объема клетки.

Наряду с глико- и фосфолипидами у водорослей рода Pseudococcomyxa были выявлены бетаиновые липиды - ДГТС, причем их количество существенно варьировало. По содержанию липидов бетаинового типа изученные водоросли можно разделить на три группы: 1) низкий уровень (содержание ДГТС менее 1%) - P. chodatii и P. simplex; 2) средний уровень (2-3%) - P. variolosae, P. mucigena; 3) высокий уровень (10% и более) - Р. elongata и P. solorinae-bisporae.

Помимо состава и содержания индивидуальных классов липидов, исследовали жирнокислотный состав МГДГ, ДГДГ, ФХ, ФЭ и ДГТС (табл.1, 2). Было показано, что существенный вклад в состав ЖК галактолипидов

водорослей вносят полиненасыщенные жирные кислоты - 16:3 и 18:3. Анализ распределения этих кислот в липидах представителей Pseudococcomyxa показал, что симбиотические виды характеризуются большим относительным содержанием 16:3 в составе МГДГ и 18:3 в составе МГДГ и ДГДГ. Так, количество 18:3 у симбионтов составляло 20-40%, тогда как у P. chodatii и P. simplex - не достигало 20%. Существенно отличалась в этом отношении свободноживущая P. elongata, содержание 18:3 кислоты в гапактолипидах которой превышало 30%.

По сравнению с галактолипидами жирнокислотньш состав ФХ и ФЭ характеризовался меньшей ненасыщенностью. Так, относительное содержание 18:3 составляло порядка 10% и меньше, 16:3 в большинстве случаев присутствовала в следовых количествах. Состав жирных кислот бетаиновых липидов, как правило, не отличался от состава ФХ и ФЭ. Однако у P. elongata и P. solorinae-bisporae в составе ДГТС выявлено высокое содержание 16:3 и 18:3 кислот.

Таблица 1. Состав жирных кислот индивидуальных классов гликолипидов

свободноживущих водорослей.

жк P. chodatii P. simplex P. elongata

МГДГ ДГДГ МГДГ ДГДГ МГДГ ДГДГ

16:0 36.4±2.4 41.5+2.7 25.0+1.2 34.7±3.0 9.7±2.3 31.2+2.4

16:1 5.0+0.3 14.9+2.5 21.3+1.5 6.6+1.4 2.2±0.1 5.6±0.7

16:3 8.0±1.9 5.8+1.5 1.3+0.4 6.8+1.4 30.7+3.7 12.6±0.4

18:0 6.9±1.8 10.9±1.4 6.5+0.6 8.6+1.7 1.4±0.4 4.8+1.0

18:1 13.0+0.8 16.6+2.4 27.3±1.6 17.5 ±3.0 4.4±0.3 8.5+0.8

18:2 4.9±0.5 4.1*0.2 6.9+0.4 6.0±1.4 3.3±0.2 2.7+0.1

18:3 18.1 ±4.4 3.6+1.1 3.0±0.3 15.2±1.8 46.3±1.4 32.7±1.6

Таблица 2. Состав жирных кислот индивидуальных классов гликолипидов

симбиотических водорослей.

ЖК P. variolosae P. mucigena P. solorinae-bisporae

МГДГ ДГДГ МГДГ ДГДГ МГДГ ДГДГ

16:0 14.7±4.9 27.5 ±0.5 26.4+4.7 37.7±2.0 9.3±0.9 26.0±0.4

16:1 3.5+0.1 5.2±0.2 9.6±2.9 20.3±0.8 4.6±0.6 3.7+0.9

16:3 18.5+5.7 9.3+1.9 11.5+3.7 3.5+0.2 24.1 ±0.9 9.6±0.2

18:0 6.3±1.7 8.8±0.8 6.4+1.7 8.7+1.2 2.3±0.3 2.5±0.3

18:1 17.8+5.3 13.5+0.9 13.3+1.2 14.5±0.5 8.1+0.7 7.8+0.6

18:2 9.9+1.2 9.8±0.9 7.6+1.0 5.5±0.2 5.8±0.8 2.4±0.4

18:3 28.3±6.0 25.7±3.9 20.1 ±4.0 9.8±2.8 43.4±0.8 39.7+3.6

Рис.1. Относительное содержание мембранных липидов у свободноживущих P. chodatii (А), P. simplex (Б), P. elongata (В) и симбиотических P. variolosae (Г), P. mucigena (Д) и Р. solorinae-bisporae (Е). '

Влияние дефицита фосфора на состав, содержание и метаболизм мембранных липидов у автотрофных культур водорослей рода Pseudococcomyxa.

Исследования влияния дефицита фосфора на мембранные липиды водорослей рода Pseudococcomyxa показало, что наиболее уязвимыми компонентами, первыми реагирующими на недостаток этого элемента, являются ФЭ, ФГ и ФИ. Количество ФХ, а также бесфосфорных липидов, в т.ч. глико- и бетаиновых, изменялось по-разному, в зависимости от вида водорослей. Обобщение полученных результатов позволило выделить три основных типа ответных реакций.

Ответная реакция P. chodatii и P. simplex. В условиях дефицита фосфора адаптивная реакция гликолипидов P. chodatii и P. simplex была связана с сохранением содержания одного из трех индивидуальных классов гликолипидов (МГДГ у P. chodatii и ДГДГ у P. simplex) (рис. 2). При этом содержание остальных классов гликолипидов резко снижалось. В составе жирных кислот гликолипидов, в т.ч. степени их ненасыщенности, достоверных изменений не происходило (табл. 3).

А Б

r-i

□ р+ □ Р-

МГДГ ДГДГ сздг

Рис. 2. Содержание индивидуальных классов гликолипидов в мембранах свободноживущих зеленых водорослей P. chodatii (А) и P. simplex (Б), выращенных на . полной питательной среде и в условиях дефицита фосфора.

У обоих видов водорослей, выращенных в условиях недостатка фосфора, полностью редуцировались ФЭ, ФГ и ФИ (рис. 3). Единственным классом фосфолипидов, содержание которых не изменилось в условиях дефицита фосфора, были ФХ. Недостаток фосфора у этих видов водорослей стимулировал небольшое увеличение концентрации ДГТС, которые в контроле присутствовали в значительно меньших количествах.

Снижение содержания индивидуальных классов фосфолипидов отмечено в большинстве работ по изучению влияния недостатка фосфора на состав и содержание липидов (Benning et al., 1993, 1995; Essigmann et

а1.,1998; Апаегевоп й а1„ 2003; КЪсшп-ОоШЬе^ й а!., 2006). При этом у некоторых растений было выявлено кратковременное увеличение содержания ФХ (1оиЬе1 ег а1., 2003). По мнению авторов этой работы, недостаток фосфора может стимулировать синтез ФХ по так называемому альтернативному механизму, путем последовательного трехступенчатого метилирования ФЭ. При этом на фоне редукции предшественников, в том числе ФК и ФЭ, происходит аккумуляция ФХ, которые в дальнейшем, при участии фосфолипазы С, подвергаются гидролизу до диацилглицеридов. Образующиеся диацилглицериды расходуются на синтез гликолипидов, главным образом ДГДГ и/или МГДГ.

Таблица 3. Индекс ненасыщенности индивидуальных классов глико- и бетаиновых липидов P. chodatii и P. simplex, выращенных на _полной питательной среде и в условиях дефицита фосфора.

Р. chodatii P. simplex

МГДГ ДГДГ ДГТС МГДГ ДГДГ ДГТС

р+ 1.15±0.09а 0.61 ±0.1 За 0.63±0.04а 0.75±0.02а 1.10±0.10а 0.74+0.01а

р- 1.31±0.04а 0.66±0.04а 0.63±0.01а 0.73±0.01а 0.82±0.01а 0.79±0.07а

Примечание: достоверно различающиеся средние значения отмечены разными буквами.

А Б

ФХ

3 0,8 ■

0,6 •

? 0,4 ■

0,2 ■

П-.FL

ФЭ

фг дгтс

1 -

0,8 -0,6 ■ 0,4 ■ 0,2 ■ О •

□ Р+ ПР-

пУ

г' ■ -1-" t 1

ФХ ФЭ ФГ ФИ дгтс

Рис. 3. Содержание индивидуальных классов фосфо- и бетаиновых липидов в мембранах свободноживущих зеленых водорослей P. chodatii (А) и P. simplex (Б), выращенных на полной питательной среде и в условиях дефицита фосфора.

Для более детального изучения процессов, происходящих с липидами мембран в условиях дефицита фосфора, мы исследовали интенсивность их синтеза. Об интенсивности обмена глико-, фосфо- и бетаиновых липидов судили по включению в них меченого ацетата натрия - предшественника в

синтезе ЖК.

У P. chodatii, выращенной при недостатке фосфора, наблюдалось увеличение включения меченого ацетата в МГДГ и СХДГ (табл. 4). При этом снижалась интенсивность синтеза ДГДГ, а активность включения метки в ФХ не изменялась. У P. simplex дефицит фосфора привел к резкому усилению синтеза всех гликолипидов, в т.ч. МГДГ и ДГДГ в 3 раза, СХДГ в 8 раз. Интенсивность включения [2 -14С] ацетата натрия в ФХ осталась на прежнем уровне.

Таблица 4. Включение [2 -14С] ацетата натрия в индивидуальные классы липидов P. chodatii и P. simplex, выращенных на полной

Индивидуальные классы липидов Радиоактивность хЮ3 имп/ (минт сухой массы)

P. chodatii P. simplex

Р+ Р- Р+ Р-

МГДГ 219.013.4а 321.4±15.7б 42.5111.7а 146.6127.1 б

ДГДГ 86.0±7.8а 56.2+1.86 60.212.0а 215.7141.4 б

СХДГ 63.7±6.35а 114.3±9.8б 34.617.3а 278.714.86

ДГТС 67.9+3,2а 36.312.76 22.212.3а 298.0160.1 б

ФХ 160.8±7.8а 127.715.8а 37.717.5а 59.3112.9а

ФЭ 1169.8+85.3 - 663.11165.8 -

ФГ 534.0+46.6 - - -

Примечание: достоверно различающиеся средние значения отмечены разными буквами.

Таким образом, реакция на недостаток фосфора двух свободноживущих видов P. chodatii и P. simplex включает следующие изменения:

1) интенсификацию процессов обмена гликолипидов, сопровождающуюся усилением их синтеза (при этом содержание отдельных классов гликолипидов сохраняется на исходном уровне или снижается);

2) поддержание интенсивности синтеза и исходного содержания ФХ;

3) увеличение содержания ДГТС.

Ответная реакция P. variolosae и P. mucigena. В условиях недостатка фосфора у P. variolosae и P. mucigena происходило двукратное увеличение содержания ДГДГ (рис. 4). Количество МГДГ и СХДГ у P. variolosae не изменилось, у P. mucigena - наблюдалось повышение содержания МГДГ и уменьшение СХДГ. Во многих работах по изучению влияния дефицита фосфора на состав и содержание липидов высших растений значительная роль в адаптации на уровне мембранных липидов отводится ДГДГ

(Essigmann et al.,1998; Yu et al., 2002; Härtel et al., 2000; Andersson et al., 2003). Полагают, что именно ДГДГ участвуют в замещении редуцированных фосфолипидов во внехлоропластных мембранах. У фотосинтетических бактерий и некоторых видов зеленых водорослей редукция фосфолипидов компенсируется не только ДГДГ, но и липидами бетаинового типа (Benning et al., 1993; 1995). Согласно полученным результатам, ответная реакция симбиотических видов Р. variolosae и Р. mucigena наиболее близка к «классическому ответу» на недостаток фосфора, зарегистрированному ранее для других организмов.

А Б

60 п

50 ■

Я 40

10 -

50 ■

Я 40-

о 30

10 -

□ Р+ И р-

гЬ

МГДГ ДГДГ схдг

мгдг ДГДГ схдг

Рис. 4. Содержание индивидуальных классов гликолипидов в мембранах симбиотических зеленых водорослей Р. уагМозае (А) и Р. тиЫ§епа (Б), выращенных на полной питательной среде и в условиях дефицита фосфора.

У обоих видов водорослей также обнаружена редукция ФЭ, ФГ и ФИ (рис.5). Изменения содержания ФХ были различны: у Р. уагЫояае -трехкратное увеличение, у Р. mucigena - полная редукция.

3,5

2,5 2 1,5 Н 1

0,5 0

£1

4 3,5

32,5 ■ 21,5 1

0,5 0

□ Р+ иР-

ФХ

ФЭ ФГ дгтс

ФХ

ФЭ

ФГ ФИ дгтс

Рис. 5. Содержание индивидуальных классов фосфо- и бетаиновых липидов в мембранах симбиотических зеленых водорослей Р. уагЫозае (А) и Р. тис'щепа (Б), выращенных на полной питательной среде и в условиях дефицита фосфора.

У данных видов более чем в два раза увеличилось содержание липидов бетаинового типа. Анализ жирнокислотного состава глико- и бетаиновых липидов показал, что в большинстве случаев недостаток фосфора не влияет на степень ненасыщенности липидов. Изменения этого показателя зарегистрированы только для ДГДГ (табл. 5).

Таблица 5. Индекс ненасыщенности индивидуальных классов глико- и бетаиновых липидов Р. \'апо1о8ае и Р. тис'щепа, выращенных ___на полной питательной среде и в условиях дефицита фосфора.

Р. \ariolosae Р. тис'щепа

МГДГ ДГДГ ДГТС МГДГ ДГДГ ДГТС

р+ 1.45±0.40а 1.63±0.04а 0.78±0.02а 1.34±0.24а 0.86±0.09а 0.66±0.02а

р- 1.43±0.03а 1.19±0.06б 0.81±0.10а 1.41±0.36а 1.21 ±0.046 0.69±0.03а

Примечание: достоверно различающиеся средние значения отмечены разными буквами.

Эксперименты с меченым ацетатом показали, что у обоих видов водорослей в условиях дефицита фосфора, интенсивность синтеза большинства гликолипидов остается без изменений (табл. 6). Другой общей ответной реакцией симбиотических видов было увеличение интенсивности включения меченого ацетата в бетаиновые липиды - с 20.8 до 57.8 хЮ3 имп/ (мин- г сухой массы) у Р. уапоЬьае и с 104.8 до 228.3 хЮ3 имп/ (мин г сухой массы) у Р. пи^епа.

Таблица 6. Включение [2 -14С] ацетата натрия в индивидуальные классы липидов Р. уагШозае и Р. mucigena, выращенных на полной _питательной среде и в условиях дефицита фосфора._

Индивидуальные классы липидов Радиоактивность х 101 имп/ (минт сухой массы)

Р. уапо1о.ше Р. тис1%епа

Р+ Р- Р+ Р-

МГДГ 68.8±16.2а 41.6±4.8а 392.1±10.7а 263.1±8.76

ДГДГ 41.6±9.6а 24.1±2.0а 60.7± 11.9а 82.2±34.7а

СХДГ 26.9±0.8а 25.7± 1.2а 112.6±22.3а 91.9±40.1а

ДГТС 20.8±0.9а 57.8±5.4б 104.8±6.6а 228.3±53.9б

ФХ 74.3±26.5а 72.8±37.6а 375.4+13.3 -

ФЭ 655.5±48.4 - 1216.4±9.2 -

ФГ - - 1724.1±134.7 -

Примечание: достоверно различающиеся средние значения отмечены разными буквами.

Таким образом, ответная реакция симбиотических видов Р. \>апо1о$ае и Р. mucigena на дефицит фосфора в среде включает:

1) увеличение содержания одного или нескольких классов гликолипидов на фоне сохранения или снижения интенсивности их синтеза;

2) редукцию всех фосфолипидов или увеличение содержания ФХ на фоне снижения содержания остальных фосфолипидов;

3) увеличение содержания и интенсивности синтеза ДГТС.

Ответная реакция Р. е1отШа и Р. ясЯогтае-Ызрогае. Для этого типа реакции характерно резкое снижение содержания всех классов индивидуальных липидов. При этом содержание гликолипидов снизилось в 2-3 раза, бетаиновых - в 4 раза, фосфолипиды, включая ФХ, почти полностью редуцировались (рис. 6, 7). Снижение содержания глико- и бетаиновых липидов, в отличие от водорослей других групп, сопровождалось существенным изменением их жирнокислотного состава. У Р. е1оп§а1а на фоне уменьшения относительного содержания триеновых 16:3 и 18:3 кислот увеличивалась доля моноеновых 16:1 и 18:1. У Р. зо1оппае-Ызрогае значительная редукция триеновых кислот в молекулах МГДГ и ДГДГ или только 18:3 кислот в ДГТС компенсировалась увеличением пропорции 16:0. В результате у обоих видов заметно снижался индекс ненасыщенности (табл. 7).

А Б

[Ь

60 ■

_50 ■

540 ■

ОР+ ИР-

Ш.

МГДГ ДГДГ схдг

Й30-

= 20 ■

10 ■

гЬ

МГДГ ДГДГ схдг

Рис. 6. Содержание индивидуальных классов гликолипидов в мембранах свободноживущей Р. е1оп§аш (А) и симбиотической Р. зо1оппае-Ы$рогае (Б), выращенных на полной питательной среде и в условиях дефицита фосфора.

Следует отметить, что даже после значительной редукции мембранных липидов, вызванной недостатком фосфора, содержание большинства гликолипидов и ДГТС в клетках P. elongata и P. solorinae-bisporae оставалось довольно высоким, сопоставимым с количеством этих соединений у других водорослей (P. simplex, P. variolosae и P. mucigena), выращенных в оптимальных условиях. Не исключено, что наблюдаемое у P. elongata и Р. solorinae-bisporae резкое снижение содержания мембранных липидов, не имеет серьезных последствий для их жизнеспособности. Это подтверждается результатами исследования роста и морфологии водорослей, а также экспериментами с меченым ацетатом. Действительно, снижение интенсивности синтеза показано только для ДГДГ у P. elongata. \ Интенсивность образования других липидов оставалась без изменений или даже увеличивалась (табл. 8).

А Б

1614-

□ Р+ QP-

12-

оЮ-

ФХ ФЭ ФГ ФИ ДГТС

4 ■

ФХ ФЭ ФГ ФИ ДГТС

J-,

Рис. 7. Содержание индивидуальных классов фосфо- и бетаиновьгх липидов в мембранах свободноживущей Р. elongata (А) и симбиотической Р. зоЬппае-Ызрогае (Б), выращенных на полной питательной среде и в условиях дефицита фосфора.

Таблица 7. Индекс ненасыщенности индивидуальных классов глико- и

бетаиновых липидов Р. elongata и Р. хо1оппае-Ыхрогае, выращенных на полной питательной среде и в условиях дефицита фосфора.__

Р. elongata P. solorinae-bisporae

мгдг ДГДГ ДГТС МГДГ ДГДГ ДГТС

р+ 2.60±0.09а 1.65±0.07а 1.75±0.02а 2.30±0.06а 1.83±0.09а 1.61 ±0.06а

р- 1.69+0.206 0.79±0.08б 1.23+0.036 1.60±0.24б 1,47±0.20а 0.58±0.03б

Примечание: достоверно различающиеся средние значения отмечены разными буквами.

Таблица 8. Включение [2 -14С] ацетата натрия в индивидуальные классы

липидов Р. е1оп%ага и Р. хоЬппае-Ыярогае, выращенных на полной питательной среде и в условиях дефицита фосфора._

Индивидуальные классы липидов РадиоактивностьхЮ3 имп/ (мин-г сухой массы)

Р. е1ощаШ Р. $о1огтае-Ы.чрогае

Р+ Р- Р+ Р-

МГДГ 215.6±49.9а 181.7±14.1а 116.2±27.2а 252.6+11.26

ДГДГ 142.9±13.3а 74.3±4.2б 68.6±20.9а 85.4±9.2а

СХДГ 69.1±10.3а 109.4±1.0б 41.4±4.9а 83.4±3.6б

ДГТС 82.5±8.1а 81.7±5.6а 82.3±32.4а 63.5±2.9а

ФХ 183.2+54.9 - 100.7±18.3 -

ФЭ 803.0±87.7 - 401.0±69.5 -

Примечание: достоверно различающиеся средние значения отмечены разными буквами.

Ответная реакция Р. е1о^Ша и Р. $о1оппае-Ьирогае на недостаток фосфора в основном связана с:

1) уменьшением содержания гликолипидов и одновременно,

сохранением или увеличением интенсивности их синтеза;

2) редукцией фосфолипидов;

3) уменьшением содержания бетаиновых липидов на фоне

сохранения исходного уровня их синтеза.

Особенности адаптации водорослей рода Р$еш1ососсотуха к длительному фосфорному голоданию.

Особенности адаптации к длительному фосфорному голоданию исследовали на примере свободноживущей Р. с1ю<1агИ и двух симбиотических видов, в т.ч. Р. тгМо.чае и Р. тис1§епа. С этой целью водоросли выращивали на полной и бесфосфорной средах в течение 120 сут. За это время увеличение количества клеток в контрольных и опытных вариантах прекращалось, водоросли переходили на стационарную фазу роста.

Следует отметить, что стационарные культуры (120 сут) отличались от культур, находящихся на линейной стадии роста (48-60 сут) как по морфологии, так и по составу липидов. При переходе на стационарную фазу клетки увеличивались в размерах, при этом объем хлоропласта сохранялся или увеличивался. Изменения в составе липидов прежде всего затрагивали фракцию гликолипидов (уменьшение содержания у Р. сИойаШ, Р. mucigena; увеличение у - Р. уапоШае), в меньшей степени - фосфолипидов и ДГТС.

В условиях длительного фосфорного голодания у Р. с)юс1аш наблюдалось увеличение содержание ДГДГ с 1.3 до 2.3 мг г1 сухой массы, количество МГДГ не изменялось, а концентрация СХДГ снижалась до минимального значения (рис. 8). Среди фосфолипидов, большая часть которых редуцировалась в условиях длительного фосфорного голодания, выделялась реакция ФХ. Содержание липидов этого класса увеличивалось.

Таким образом, в условиях длительного фосфорного голодания свободноживущий вид более активно адаптируется (на уровне мембранных липидов) к недостатку фосфора. Редукция фосфолипидов, в т.ч. ФЭ, ФГ, компенсируется увеличением содержания гликолипидов ДГДГ и, в меньшей степени. ДГТС.

0,2-

_ 0,15 •

□ Р+ ИР-

МГДГ ДГДГ схдг

ЕГ2-

ФХ

0,1

; 0,05 •

ФЭ

ФГ ДГТС

Рис. 8. Содержание мембранных липидов свободноживущей зеленой водоросли Р. сИо({аШ, выращенной на полной питательной среде и в условиях длительного фосфорного голодания.

У симбиотического вида Р. тис'щепа, напротив, длительное фосфорное голодание вызывало снижение содержания всех классов гликолипидов, редукцию ФЭ, ФГ и ФИ, двукратное снижение содержания ФХ (рис. 9).

16-1

3,5 ■ 3 ■

2,5 2 1,5 ■ 1

0,5 0

[Ь

□ Р+ ИР-

мгдг ДГДГ сад г

ФХ ФЭ ФГ ФИ дгтс

Рис. 9. Содержание мембранных липидов симбиотической зеленой водоросли Р. тисщепа, выращенной на полной питательной среде и в условиях длительного фосфорного голодания.

У Р. уагШозае эта тенденция проявлялась в меньшей степени - среди гликолипидов достоверно уменьшалось только содержание ДГДГ, редуцировались ФЭ и ФИ, концентрация ФХ и ФГ снижалась в два и более раза. Количество бетаиновых липидов у обоих видов водорослей увеличивалось на 25-30%. Таким образом, у симбиотических видов компенсаторные системы, связанные с усиленным образованием гликолипидов, функционируют ограниченное время, постепенно в процессе метаболизма начинают доминировать реакции распада, в результате количество гликолипидов снижается. Компенсаторное замещение редуцированных фосфолипидов осуществляется, по-видимому, в основном за счет липидов бетаинового типа.

Влияние дефицита фосфора на содержание липидов у гетеротрофной культуры РъеиАососсотуха ch.od.atii. Альтернативный путь биосинтеза гликолипидов.

По данным литературы усиление синтеза гликолипидов в условиях дефицита фосфора может быть связано с активацией особого типа МГДГ-синтаз 2/3 и ДГДГ-синтаз 2 (Вепшпц, 01па е1 а1., 2004). Эти синтазы локализованы на наружной мембране хлоропласта и имеют ряд структурных и функциональных особенностей. В частности, они, в отличие от «классических» МГДГ-синтаз 1 и ДГДГ-синтаз 1, не являются светозависимыми. В настоящей части работы мы попытались выяснить, с активностью какого типа синтаз связано накопление гликолипидов в клетках зеленых водорослей. С этой целью был поставлен эксперимент с гетеротрофной культурой Р. chodatii.

По составу мембранных липидов гетеротрофная культура Р. chodatii, выращенная на полной питательной среде существенно отличалась от автотрофной. Содержание МГДГ и СХДГ было ниже более чем в 60 раз, количество ДГДГ - в 15 раз. Напротив, содержание ДГТС, ФЭ и ФГ было значительно выше у гетеротрофной культуры. На основании этих результатов, а также данных литературы можно предположить, что образование МГДГ у автотрофной Р. chodatii сопряжено преимущественно с активностью светозависимых МГДГ-синтаз 1, в то время как в образование ДГДГ помимо ДГДГ-синтаз 1 достаточно активное участие принимают ДГДГ-синтазы 2.

Как и при автотрофном питании, в гетеротрофной культуре Р. chodatii недостаток фосфора привел к редукции СХДГ, ФЭ, ФГ и ФИ (рис. 10). Концентрация ФХ снизилась незначительно. Основные отличия в реакциях на недостаток фосфора авто- и гетеротрофной культур касались изменений в содержании галакто- и бетаиновых липидов. В гетеротрофной культуре резко увеличивалось содержание МГДГ и ДГТС, количество ДГДГ оставалось без изменений.

МГДГ ДГДГ СХДГ ФХ ДГТС ФЭ ФГ ФИ

Рис.10. Содержание индивидуальных классов липидов в мембранах гетеротрофной культуры свободноживущей зеленой водоросли P. chodatii, выращенной на полной питательной среде и в условиях недостатка фосфора.

Полученные данные позволяют предположить, что недостаток фосфора стимулирует активность МГДГ-синтаз 2/3, в то время как экспрессия ДГДГ-синтаз 2 сохраняется на прежнем уровне. Из литературы известно, что более предпочтительными субстратами для МГДГ-синтаз 2/3 и ДГДГ-синтаз 2 являются «эукариотические» молекулярные виды диацилглицеридов, образующиеся в ЭПР в реакциях синтеза de novo, а также из ФХ и других фосфолипидов при участии фосфолипаз (Away et al., 2001). В клетках водорослей субстратом в синтезе гликолипидов могут служить диацилглицериды, образованные путем гидролиза бетаиновых липидов ДГТС (Khozin-Goldberg et al., 2006). Проведенное нами исследование жирнокислотного состава липидов показало, что по составу жирных кислот, синтезированные при недостатке фосфора МГДГ и ДГТС практически не различаются. Не исключено, что в клетках гетеротрофной культуры Р. chodatii образование МГДГ в условиях дефицита фосфора также идет с участием бетаиновых липидов.

ВЫВОДЫ

1. Свободноживущие виды Pseudococcomyxa отличались достаточно активным ростом в культуре. В условиях дефицита фосфора интенсивность их роста снижалась приблизительно в 1.5 раза. Симбиотические виды, за исключением P. variolosae, характеризовались крайне слабым ростом вне зависимости от концентрации фосфора в питательной среде.

галактолипиды симбиотических водорослей, как правило, характеризуются более высокой степенью ненасыщенности.

3. Установлено, что у свободноживущих и симбиотических видов дефицит фосфора вызывает редукцию большинства фосфолипидов, в т.ч. ФЭ, ФГ и ФИ. Реакция ФХ оказалась неоднородной, было выявлено увеличение (P. variolosae), сохранение (P. chodatii и P. simplex) или снижение (Р. mucigena, P. elongata и P. solorinae-bisporae) содержания этого класса липидов.

4. У всех исследованных видов Pseudococcomyxa адаптация к дефициту фосфора связана с изменением метаболизма гликолипидов. У свободноживущих видов недостаток фосфора, как правило, стимулировал усиление реакций синтеза и, одновременно, реакций распада гликолипидов (при этом содержание гликолипидов уменьшалось или оставалось без изменений). У симбиотических видов, включая P. variolosae и P. mucigena, интенсивность синтеза гликолипидов менялась незначительно, происходило накопление гликолипидов.

5. Процесс адаптации к недостатку фосфора у большинства видов зеленых водорослей (P. chodatii, P. simplex, P. variolosae и P. mucigena) напрямую связан с индукцией синтеза и/или увеличением содержания бетаиновых липидов. У двух видов P. elongata и P. solorinae-bisporae, отличающихся наиболее высоким содержанием бетаиновых липидов, интенсивность синтеза ДГТС в условиях дефицита фосфора оставалась без изменений.

6. В условиях длительного фосфорного голодания свободноживущий вид P. chodatii более активно адаптируется к недостатку фосфора. Усиливается работа нескольких компенсаторных путей синтеза, в том числе синтез гликолипидов, в меньшей степени синтез бетаиновых липидов. У симбиотических видов P. variolosae и P. mucigena в этих условиях редукция фосфолипидов компенсируется преимущественно липидами бетаинового типа.

7. На модельном объекте P. chodatii установлено, что при недостатке фосфора в условиях гетеротрофного питания многократно увеличивается содержание гликолипидов МГДГ и липидов бетаинового типа ДГТС. Анализ жирнокислотного состава этих соединений указывает на участие ДГТС в альтернативных путях синтеза гликолипидов.

Список публикаций по теме диссертации.

1. Киселева М.А. Изменение соотношения индивидуальных классов мембранных липидов при адаптации Pseudococcomyxa chodatii к дефициту фосфора // Материалы I (IX) Международной конференции молодых ботаников в Санкт-Петербурге. Санкт-Петербург, 2006. С. 156.

2. Киселева М.А., Котлова Е.Р., Синютина Н.Ф., Новиков Ф.В. Влияние недостатка фосфора на мембранные глицеролипиды и их жирные кислоты у свободноживущих и симбиотических водорослей рода Pseudococcomyxa //

Сигнальные системы клеток растений: Роль в адаптации и иммунитете. Тез. докл. Второго международного симпозиума. Казань, 2006. С. 181.

3. Kiseleva М., Kotlova Е., Sinyutina N. Phosphate deprivation induces accumulation of polyunsaturated molecular species of diacilglycerol trimethilhomoserines in unicellular green algae Pseudoccocomyxa chodatii and P. variolosae // Oils, fats and lipids for a healthier future. Abstracts of IV Euro Fed Lipid Congress. Madrid, 2006. P. 200.

4. Kiseleva M.A., Kotlova E.R. The synthesis and utilization of extrachloroplastic lipids in photo- and heterotrophic cultures of the unicellular green algae Pseudococcomyxa chodatii grown under phosphate deprivation // Chemistry and Physics of Lipids. 2007. Vol. 149. P. 81.

5. Киселева M.A., Котлова E.P. Влияние длительного фосфорного голодания на мембранные липиды свободноживущей и симбиотических зеленых водорослей рода Pseudococcomyxa II Бот. журн. 2008. Т. 93. №1.С. 88-96.

6. Kiseleva М„ Kotlova Е., Sinyutina N. Phosphate deficient free-living and symbiotic algae replace membrane phospholipids with glyco- and betaine lipids in different way //18th International Symposium on Plant Lipid. Bordeaux, 2008. P. 202.

7. Киселева M.A., Котлова E.P., Синютина Н.Ф. Особенности метаболизма гликолипидов у одноклеточной зеленой водоросли Pseudococcomyxa chodatii в условиях дефицита фосфора // Липиды и оксилины растений. Тез. докл. международного симпозиума. Казань, 2008. С. 57.

Подписано в печать 20.10.08.

Тираж 100 экз. Заказ 100. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Отпечатано с готового оригинал-макета. ЗАО «Восстания -1» 191036, Россия, С.-Петербург, ул. Восстания, 1

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Киселева, Мария Анатольевна

Список принятых сокращений.

Введение.

Обзор литературы.

Глава 1. Современные представления о строении и функциях клеточных мембран. Структурные особенности мембран водорослей и высших растений.

Глава 2. Состав и метаболизм мембранных липидов зеленых водорослей и высших растений

2.1. Состав индивидуальных классов липидов. 11 Распределение жирных кислот.

2.2. Синтез жирных кислот и индивидуальных липидов.

Глава 3. Изменения липидного состава мембран как способ адаптации к ^д экстремальным воздействиям внешней среды.

3.1. Механизмы адаптации к действию низких ^ положительных и повышенных температур.

3.2. Механизмы адаптации к повышенному осмотическому давлению.

3.3. Модификации липидного компонента мембран в условиях недостатка основных элементов минерального ^ питания (азота, серы). л.

Глава 4. Значение фосфора в основных процессах клеточного метаболизма, способы его извлечения из окружающей среды. Влияние дефицита фосфора на основные физиолого-биохимические параметры ^ растений.

Глава 5. Влияние недостатка фосфора на состав и метаболизм липидов, пути адаптации к фосфорному голоданию. ^

Материалы и методы исследования.

Глава 1. Объекты исследования и постановка эксперимента.

1.1. Объекты исследования.

1.2. Постановка эксперимента.

Глава 2. Методы исследования.

2.1. Анализ индивидуальных классов мембранных ^ глицеролипидов

2.1.1. Экстракция.

2.1.2. Разделение липидных классов методом ^ высокоэффективной тонкослойной хроматографии.

2.1.3. Идентификация.

2.1.4. Количественный анализ фосфо-, глико- и бетаиновых липидов.

2.2. Анализ жирных кислот.

2.2.1. Гидролиз глицеролипидов. Получение метиловых эфиров жирных кислот.

2.2.2. Разделение метиловых эфиров жирных кислот методом капиллярной газо-жидкостной хроматографии. ^ Идентификация жирных кислот.

2.3. Определение интенсивности обмена липидов. j |2.4. Статистическая обработка результатов. ^

Результаты и обсуждение.

Глава 1. Влияние дефицита фосфора на рост и морфологические характеристики свободноживущих и симбиотических водорослей ^ рода Pseudococcomyxa.

1.1. Рост водорослей на полной питательной среде ив ^ условиях дефицита фосфора.

1.2. Морфология водорослей, выращенных на полной ^ питательной среде и в условиях дефицита фосфора.

Глава 2. Состав мембранных липидов свободноживущих (P. chodatii,

P. simplex, P. elongate) и симбиотических (Р. \ariolosae, P. mucigena, ^

P. solorinae-bisporae) зеленых водорослей.

Глава 3. Влияние дефицита фосфора на состав, содержание и метаболизм мембранных липидов у автотрофных культур водорослей ^ рода Pseudococcomyxa.

3.1. Ответная реакция P. chodatii и P. simplex.

3.2. Ответная реакция P. variolosae и P. mucigena.

3.3. Ответная реакция P. elongata и P. solorinae-bisporae.

Глава 4. Особенности адаптации водорослей рода Pseudococcomyxa к ^g длительному фосфорному голоданию.

Глава 5. Влияние дефицита фосфора на содержание липидов у гетеротрофной культуры P. chodatii. Альтернативный путь биосинтеза гликолипидов.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Метаболизм мембранных липидов у свободноживущих и симбиотических зеленых водорослей рода Pseudococcomyxa в условиях дефицита фосфора"

Липиды мембранных структур клетки характеризуются достаточно консервативным составом. У далеких в эволюционном плане фотосинтезирующих организмов, в т. ч. у водорослей и высших растений, мембраны хлоропластов построены преимущественно из трех классов гликолипидов. Основными компонентами внехлоропластных мембран являются пять классов фосфолипидов. При этом в условиях действия экстремальных факторов среды, состав липидов может существенно изменяться. Долгое время считалось, что индуцированные действием стрессовых факторов изменения в мембранных липидах происходят преимущественно на уровне отдельных классов фосфолипидов и этерифицированных в них жирных кислот (ЖК) (Наглюос!, 1994). Действительно, ЖК являются одними из самых быстро обновляемых компонентов липидов. При действии стрессора может изменяться степень их ненасыщенности, длина цепей, позиционное расположение двойных связей.

Исследования последних лет, основанные на изучении состава и метаболизма липидов в условиях стресса показали, что большое значение в адаптации имеют гликолипиды (Вепш^ е1 а1., 1993, 1995; Апёегэзоп е1 а1., 2003; 1оиЬе1 е1 а1., 2003). Согласно результатом этих работ гликолипиды, в норме локализованные преимущественно в мембранах хлоропластов, могут замещать редуцированные фосфолипиды, основным местом локализации которых являются плазмалемма, мембраны энодоплазматического ретикулума, митохондрий и других экстрахлоропластных структур. В этом случае гликолипиды будут состоять из молекулярных видов, нехарактерных для хлоропластов.

В наибольшей степени участие гликолипидов в образовании экстрахлоропластных мембран обнаруживается в условиях дефицита фосфора, когда подавлен синтез фосфолипидов. В этих условиях активно экспрессируются гены, ответственные за образование гликолипидов. Таким образом, хлоропласт является структурой, которая при недостатке фосфора в клетке может выступать в качестве «поставщика» липидных соединений для внехлоропластных клеточных структур.

В то время как у высших растений реакции замещения связаны в основном с гликолипидами, у эволюционно древних организмов, например, у водорослей, в процессе адаптации могут принимать участие другие липиды, в частности, липиды бетаинового типа.

Способы адаптации к недостатку фосфора свободноживущих и симбиотических видов могут существенно отличаться. Как правило, растения, живущие в симбиозе с грибами, имеют более совершенные механизмы извлечения и утилизации фосфора, однако хуже приспосабливаются к условиям вынужденного фосфорного голодания (Harrison et al., 2002; Schiinmann et al., 2004; Javot et al., 2007). Есть основание полагать, что их возможности адаптации к дефициту фосфора, в том числе за счет модификаций мембранных структур, более ограничены. Так, например, у водорослей, являющихся фотобионтами лишайников, компенсаторное замещение редуцированных фосфолипидов может быть не связано с индукцией синтеза липидов бетаинового типа, как это происходит у многих представителей древних групп свободноживущих фотосинтезирующих организмов (Guschina et al., 2003). В связи с этим сравнительное изучение биохимических механизмов адаптации свободноживущих и симбиотических видов представляется особенно актуальным. Не исключено, что в ходе подобных исследований будут выявлены другие, альтернативные способы адаптации симбиотических организмов к недостатку фосфора, в том числе и на уровне мембранных липидов.

Целью исследования было выявить возможные способы адаптации к дефициту фосфора на уровне мембранных липидов у зеленых водорослей рода Psendococcomyxa и определить их особенности у свободноживущих и симбиотических видов.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1) выяснить, как влияет недостаток фосфора на рост и морфологические характеристики водорослевых культур;

3) выяснить, связан ли процесс адаптации к недостатку фосфора с индукцией синтеза бетаиновых липидов;

Обзор литературы

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Киселева, Мария Анатольевна

Выводы

1. Свободноживущие виды Pseudococcomyxa отличались достаточно активным ростом в культуре. В условиях дефицита фосфора интенсивность их роста снижалась приблизительно в 1.5 раза. Симбиотические виды, за исключением P. variolosoe, характеризовались крайне слабым ростом вне зависимости от концентрации фосфора в питательной среде.

2. Показано, что состав индивидуальных классов мембранных липидов свободноживущих и симбиотических видов Pseudococcomyxa, выращенных на полной питательной среде, не имеет принципиальных отличий, однако галактолипиды симбиотических водорослей, как правило, характеризуются более высокой степенью ненасыщенности.

3. Установлено, что у свободноживущих и симбиотических видов дефицит фосфора вызывает редукцию большинства фосфолипидов, в т.ч. ФЭ, ФГ и ФИ. Реакция ФХ оказалась неоднородной, было выявлено увеличение (P. variolosae), сохранение (Р. chodatii и P. simplex) или снижение (P. mucigena, P. elongata и P. solorinae-bisporae) содержания липидов этого класса.

5. Процесс адаптации к недостатку фосфора у большинства видов зеленых водорослей {P. chodatii, P. simplex, P. variolosae и P. mucigena) напрямую связан с индукцией синтеза и/или увеличением содержания бетаиновых липидов ДГТС. У двух видов P. elongata и P. solorinae-bisporae, отличающихся наиболее высоким содержанием бетаиновых липидов, интенсивность их синтеза в условиях дефицита фосфора оставалась без изменений.

6. В условиях длительного фосфорного голодания свободноживущий вид Р. chodatii более активно адаптируется к недостатку фосфора. Усиливается работа нескольких компенсаторных путей синтеза, в том числе синтез гликолипидов, в меньшей степени синтез бетаиновых липидов. У симбиотических видов P. variolosae и P. mucigena в этих условиях редукция фосфолипидов компенсируется преимущественно липидами бетаинового типа.

7. На модельном объекте Р. сИоЛаШ установлено, что при недостатке фосфора в условиях гетеротрофного питания многократно увеличивается содержание гликолипидов МГДГ и липидов бетаинового типа ДГТС. Анализ жирнокислотного состава этих соединений указывает на участие ДГТС в альтернативных путях синтеза гликолипидов.

Заключение

Фосфор является одним из важнейших элементов, необходимых для роста и развития живых организмов. Однако в природных условиях, в связи с низкой доступностью фосфора, растения часто испытывают недостаток этого элемента. Дефицит фосфора вызывает целый комплекс изменений в метаболизме клеток, за которыми следуют многочисленные структурные преобразования, в т.ч. на уровне мембран всех субклеточных компартментов. В этой ситуации многие фосфорсодержащие соединения, в частности фосфолипиды, выступают в качестве резерва клеточного фосфора.

В условиях недостатка фосфора происходят существенные изменения в метаболизме мембранных липидов. В первую очередь модификации связаны с компенсаторным замещением фосфолипидов бесфосфорными липидными соединениями, у цветковых растений - гликолипидами, у других фотосинтезирующих организмов - гликолипидами и/или липидами бетаинового типа.

В этой связи особый интерес представляет изучение дефицита фосфора у зеленых водорослей, в составе мембран которых выявлены бетаиновые липиды ДГТС. В настоящей работе использованы одноклеточные зеленые водоросли рода Рзеис1ососсотуха, принадлежащие к разным экологическим группам (свободноживущие и симбиотические). Состав липидов этих водорослей не имеет принципиальных отличий, однако условия существования наложили определенный отпечаток на их физиологию. Предполагают, что водоросли, входящие в состав симбиотических ассоциаций, таких как лишайники, находятся в более выгодных, по сравнению со свободноживущими видами, условиях снабжения питательными элементами. Не исключено, что симбиотические водоросли имеют дополнительные пути извлечения питательных веществ, в том числе фосфора. В этом случае, при недостатке фосфора в среде они имеют определенные преимущества, поскольку используют не только собственные механизмы извлечения фосфора из среды, но и поглощают фосфаты, извлеченные и переработанные грибами. Однако выделенные в культуру симбионты оказываются менее приспособленными к существованию в условиях дефицита фосфора. Свободноживущие водоросли, располагающие только собственными ограниченными способами извлечения фосфора, более активно приспосабливаются к меняющимся условиям среды, адаптируясь за счет внутренних резервов и перестроек в метаболизме клетки.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Киселева, Мария Анатольевна, Санкт-Петербург

1. Андреева В.М. Почвенные и аэрофильные зеленые водоросли (Chlorophyta: Tetrasporales, Chlorococcales, Chlorosarcinales) / В.М. Андреева. Санкт-Петербург: «Наука», 1998.-351 с.

2. Блюм О.Б. Определитель лишайников СССР / О.Б. Блюм, A.B. Домбровская, Ц.Н.

3. Инашвили, A.B. Питеранс, Е.Г. Роме, В.П. Савич. Л.: «Наука», 1975.-275 с.

4. Болдырев A.A. Биомембранология / A.A. Болдырев, Е.И. Кяйвяряйнен, В.А. Илюха. -Петрозаводск. Изд-во Кар НЦ РАН, 2006. 226 с.

5. Болдырев A.A. Введение в биохимию мембран / A.A. Болдырев. М.: Высшая школа, 1986,- 112 с.

6. Бурлакова Е.Б. Ингибирующее действие смесей фенольных антиоксидантов и фосфатидилхолина / Е.Б. Бурлакова, Л.И. Мазалецкая, Н.И. Шелудченко, Л.Н. Шишкина// Известия Академии Наук, сер. Хим. 1995. - № 6. - С. 1053-1058.

7. Бычек-Гущина И.А. Изучение биохимических аспектов лишайникового симбиоза.

8. Липиды и жирные кислоты, культйвируемых симбионтов лишайников / И.А. Бычек-Гущина // Биохимия. 1997. - Т. 62. - Вып. 5. - С. 574-580.

9. Верещагин А. Г. Липиды в жизни растений / А.Г. Верещагин М.: Наука, 2007. - 78 с.

10. Веселова Т.В. Стресс у растений (биофизический подход) / Т.В. Веселова, В.А.

11. Веселовский, Д.С. Чернавский .- М. : Изд-во Московского государственного унивеситета, 1993. 144 с.

12. Гамалей Ю.В. Подвижная сетевая организация пластид и митохондрий в растительной клетке / Ю.В. Гамалей // Цитология. 2006. - Т. 48. - № 4. - С. 271-282.

13. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике / Г.Н. Зайцев М.: Наука, 1984. - 424с.

14. Зайцев Г.Н. Математический анализ биологических данных / Г.Н. Зайцев. М.: Наука, 1991.- 184с.

15. Калачева Г.С. Липиды Chlorella vulgaris в условиях блокирования биосинтеза биогенными элементами / Г.С. Калачева, И.Н. Трубачев //Физиол. раст. 1974. - Т.21. - №1. -С.56-60.

16. Капич А.Н. Перекисное окисление липидов и его регуляция в мицелии ксилотрофных базидиомицетов / А.Н. Капич, Л.Н. Шишкина // Микробиология. 1995. - Том 64. - № 3. - С. 320-326.

17. Кейтс М. Техника липидологии. Выделение, анализ и идентификация липидов / М. Кейтс. М.: Мир, 1975.-322 с.

18. Климов А.Н Липиды, липопротеиды и атеросклероз / А.Н. Климов, Н.Г. Никульчева. -СПб: Питер Пресс, 1995. 304 с.

19. Клячко-Гурвич Г.Л. Обмен липидов в ходе онтогенеза хлореллы в связи с активностью фотосинтетического аппарата / Г.Л. Клячко-Гурвич, Л.Н. Цоглин, Г.И. Можайцева // Физиол. раст. 1981. - Т. 28. - № 2. - С. 421-429.

20. Koctíkob I. Ю. Водорост1 грунта УкраТни (icTopia та методи дослцдасння, система, конспект флори). / 1.Ю. Koctíkob, Е.М. Романенко, Е.М. Демченко, Т.М. Дар1£нко, T.I. Михашпок, О.В. Рибчинський, А.М. Солоненко. Кшв: Фпгосоцюцентр, 2001.- 300 с.

21. Котлова Е.Р. Антиокислительные системы лишайников / Е.Р. Котлова // Автореферат дис.канд-та биол. наук СПб., 2000. - 35с.

22. Котлова Е.Р. Изменение содержания индивидуальных классов липидов лишайника

23. Peltigera aphthosa в процессе обезвоживания и последующего реувлажнения / Е.Р.Котлова, Н.Ф. Синютнна// Физиол. раст. 2005. - Т. 52. - № 1. - С. 43-50.

24. Котлова Е.Р. Участие мембранных липидов в адаптации Cladophora (Clorophyta) к обитанию в мелководных озерах с различной соленостью / Е.Р. Котлова, Н.В. Шадрин // Бот.журн. 2003. - Том 88. - № 5. - С.38-45.

25. Лось А.Д. Десатуразы жирных кислот: адаптивна экспрессия и принципы регуляции / А.Д. Лось // Физиол. раст. 1997. - Т. 44. - № 4. - С. 528-540.

26. Лось А.Д. Структура, регуляция экспрессии функционирование десатураз жирных кислот / А.Д. Лось // Успехи совр. биохимии. 2001. - Т. 41. - С. 163-198.

27. Новицкая Г.В. Методическое руководство по тонкослойной хроматографии / Г.В. Новицкая. М.: Наука, 1972. - 64 с.

28. Новицкая Г.В. Роль липидной компоненты мембран в устойчивости растений огурца к низкой температуре / Г.В. Новицкая, Н.В. Астахова, Т.А. Суворова, Т.И. Трунова// Физиол. раст. 1999. - Том 46. - № 4. - С.618-625.

29. Полевой В.В. Физиология растений / В.В. Полевой. М.: Высшая школа, 1989. - 464 с

30. Равинская А. Влияние лишайниковых экстрактов и лишайниковых кислот на водоросли / А. Равинская, Е. Вайниггейн // Бот.журн. 1976. - № 61. - С. 1410-1416.

31. Рерберг М.С. Изучение плотности клеточного вещества в течение жизненного цикла развития Chlorella vulgaris / М.С. Рерберг, Т.И. Воробьева // Управляемое культивирование микроводорослей / Отв. Ред. Г.М. Лисовский. М.: Изд-во «Наука», 1964. - С. 136-139.

32. Синютина Н.Ф. Изменение фосфорилирования фосфолипидов под действием ауксина / Н.Ф. Синютина , В.В. Полевой // Физиол. раст. 1995. - Том 42. № 6. - С. 828833.

33. Сущик Н.Н. Влияние температуры на состав внутри- и внеклеточных жирных кислот зеленых водорослей и цианобактерий / Н.Н. Сущик, Г.С. Калачева, Н.О. Жила, М.И. Гладышева, Т.Г. Волова // Физиол. раст.- 2003. -Том 50. № 3. С.420-427.

34. Хотимченко С.В. Липиды морских водорослей-макрофитов и трав / С.В. Хотимченко. -Владивосток: Дальнаука, 2003. 231с.

35. Чиркова Т.В. Клеточные мембраны и устойчивость растений к стрессовым воздействиям / Т.В. Чиркова // Соросовский образовательный журнал. Биология. 1997. - № 9. -С. 12-17.

36. Чиркова Т.В. Пути адаптации растений к гипоксии и аноксии / Т.В. Чиркова. Л.: Изд-во Ленинград, ун-та, 1988.- 244 с.

37. Ahmadjian V. The lichen symbiosis. / V. Ahmadjian NEW York: John Willey &Sons, 1993250 p.

38. Ahti T. Nordic lichen flora. Cyanolichens / T. Ahti, P. M. Jorgensen, H. Kristinsson, R. Moberg, U. Sochting, G. Thor.Uppsala: Uppsala University on behalf of Nordic Lichen Society, 2007. - Vol. 3. - 219 p.

39. An K.G. In situ experimental evidence of phosphorus limitation on algal growth in a lake ecosystem / K.G. An, S.S. Park // J. Environ. Sci. Health A Tox. Hazard Subst. Environ. Eng. 2002. V. 37. - P. 913-924.

40. Andersson M. Phosphate-limited oat / M. Andersson, M. Stridh, K. Larsson, C. Liljenberg, A.

41. Arsz S. A. Polar glycerolipids of Chlamydomonas moewusii / S.A. Arsz, J.A. Himbergen, A.

42. Boiling C. Metabolite profiling of Chlamydomonas reinhardtii under nutrient deprivation / C. Boiling, O. Fiehn // Plant Physiol. 2005. - Vol. 139. - P. 1995-2005.

43. Chen G.-Q. Growing phototrophic cells without light / G.-Q. Chen, F. Chen// Biotechnology1.tters. 2006. - Vol. 28. - P. 607-616. Christie W.W. //www.lipidlibrary. co. uk

44. Czeczuga, F. Gradzki// Bulletin de l'academie polonaise des sciences. Serie des sciences biologiques. CI. II. 1974. -Vol. XXII. - № 6. - P. 425-429. Deason T.R. Phycological studies I. exploratory studies of Texas soil algae / Deason T.R., H.C.

45. Goni F.M. Structure and functional properties of diacyglycerol in membranes / F.M. Goni, A.

46. Guschina I. A. Lipids and lipid metabolism in eukaryotic algae. / I. Guschina, J.L. Harwood / Prog. Lipid Res. 2006. - Vol. 45. - P. 160-186.

47. Guschina I. Abscisic acid modifies the changes in lipids brought about by water stress in the moss Atrichum androgynum /1. Guschina, J.L. Harwood, M. Smith, R. Beckett //New Phytol. 2002. - Vol. 156. - P. 255-264.

48. Guschina I. Lead and cooper effect on lipid metabolism in cultured lichen photobiont with different phosphorus status/ I. Guschina, J.L. Harwood // Phytochemistry. 2006. -Vol. 67 (16).-P. 1731-1739.

49. Haigh W.G. The characterization and cyclic production of a highly unsaturated homoserine lipids in Chlorella minutissima / W.G. Haigh, T.F. Yoder, L. Ericson, T. Pratum, R.R. Winget// Biochim. Biophys. Acta. 1996. - Vol. 1299. - P. 183-190.

50. Harrison M. A phosphate transporter from Medicago truncatula involved in acquisition of phosphate released by arbuscular mycorrhizal fungi / M. Harrison, G. Dewbre, J. Liu //Plant cell. 2002. - Vol. 14. - P. 2413-2429.

51. Härtel H. Changes in the composition of the photosynthetic apparatus in the galactolipid-deficient dgdl mutant of Arabidopsis thaliana / H. Härtel, H. Lokstein, P. Dörmann, B. Grimm, C. Benning//Plant Physiol. 1997.-Vol. 115(3).-P. 1175-1184.

52. Härtel H. DGD1-independent biosynthesis of extraplastidic galactolipid after phosphate deprivation / H. Härtel, P. Dörmann, C. Beninng // PNAS. 2000. - Vol. 97.- № 19. -P. 10649-10654.

53. Härtel H. Galactolipids not associated with the photosynthetic apparatus in phosphate-deprived plants / H. Härtel, P. Dörmann, C. Beninng // J. Photochemistry and Photobiology B: Biology. -2001. Vol. 61 (1-2). P. 46-51.

54. Harwood J. L. Environmental factors with can alter lipid metabolism / J.L. Harwood // Progr. Lipid Res. 1994. - Vol.33. - No. V2. - P. 193-202.

55. Harwood J. L. Involvement of chloroplast lipids in reaction of plants submitted to stress / J.L.

56. Harwood / J. L. Harwood //Lipids in photosynthesis: structure, function, genetics /Eds. P.-A.Siegentaler., N. Murata . Nethelands: Kluwer Academic Publishers, 1998, - P. 287-302.

57. Harwood J.L. Resent advances in the biosynthesis of plant fatty acids / J.L Harwood // Biochim. Biophys. Acta. 1995. - Vol.1301. - P. 7-56.

58. Hawksworth D. The variety of fungal-algal symbioses, their evolutionary significance, and the nature of lichens / D. Hawksworth, V.-P.L.S. // Bot. J. Linn. Soc.- 1988. Vol. 96. -P. 3-20.

59. Heemskerk J.W. Biosynthesis and desaturation of prokaryotic galactolipids in leaves and isolated chloroplasts from spinach / J.W. Heemskerk, H. Schmidt, U. Hammer, E. Heinz // Plant Physiol. 1991. - Vol. 96. - P. 144-152.

60. Hernandes G.Phosphorus stress in common bean: root transcript and metabolic responses./ G.

61. Hernandes, M. Romirez, O. Valdes-Lopez, M. Tesfaye, M. Graham, T. Czechowsk,

62. A. Schlereth, M. Wandrey, A. Erban, F. Cheung, H. Wu, M. Lara, C. Town, J. Kopka, M. Udravdi, C. Vance // Plant Physiol.- 2007. Vol. 144. - P. 752-767. Holzl G. Structure and function of glycoglycerolipids in plants and bacteria / G. Holzl, P.

63. Karthikeyan A.S. Regulated expression of Arabidopsis phosphate transporters /

64. A.S.Karthikeyan, D.K.Varadarajan, U.T.Mukatira, M.-P.D'Urzo, B.Damsz, K.G. Raghothama // Plant Physiol. 2002. - Vol. 130. - P. 221-233. Kavanova M. Phosphorus deficiency decreases cell devision and elongation in grass leaves / M.

65. Kavanova, F.A. Lattanzi, A.A. Grimoldi, H. Schnyder // Plant. Physiol. 2006. - Vol. 141.-P. 766-775.

66. Kelly A. Green light for galactolipid trafficking / A. Kelly, P. Dormann // Current opinion in

67. Plant Biology. 2004. - Vol. 7. - P. 262-269. Kent C. Interactions among pathways for phosphatidylcholine metabolism, CTP synthesis and secretion through the Golgi apparatus / C. Kent, G. Carman // Trends Biochem. Sci. -1999. Vol. 24 (4). - P. 146-150.

68. Khozin-Goldberg I. The effect of phosphate starvation on the lipid and fatty acid composition of the fresh water eustigmatophyte Monodus subterraneus / I. Khozin-Goldberg, Z. Cohen // Phytochemistry. 2006. - Vol. 67. - № 7. - P. 696-701.

69. Klaus D. Digalactosyldiacylglycerol synthesis in chloroplasts of the Arabidopsis dgdl mutant / D. Klaus, H. Härtel, L. Fitzpatrick, J. Froehlich, J. Humbert, C. Benning, P. Dörmann // Plant Physiol. 2002. - Vol. 128. - P. 885-895.

70. Klima A. FM-dyes label sterol-rich plasma membrane domains and are internalized independently of the cytoskeleton in Chara ceaninternodal cells / A. Klima, I.t

71. Foissner // Plant Cell Physiol. 2008. - Vol. 49 (10). - P. 1508-1521.

72. Klyachko-Gurvich G. Desaturation of fatty acids as an adaptive response to shifts in light intensity / G. Klyachko-Gurvich, L. Tsoglin, J. Doucha, J. Kopetskii, I. Shebalina, L. Semenenko // Phisiol. Plant. 1994. - Vol. 107. - P. 240-249.

73. Kobayashi K. Galactolipid synthesis in chloroplast inner envelope is essential for proper thylakoid biogenesis, photosynthesis, and embryigenesis / K. Kobayashi, M. Kondo, Y. Fukuda, M. Nishimura, H. Ohta// PNAS. 2007. - Vol. 104. - P. 17216-17221.

74. Kohlwein S., Daum G., Scnneiter R., Paitauf F. Phospholipids: synthesis, sorting, subsellular traffic the yeast approach // Cell Biology. - 1996. - Vol. 6. - P. 260-266.

75. Kostikov I. Taxonomic revision of the genus Pseudococcomyxa, with comments on the genus Coccomyxa / I. Kostikov, T. Darienko, L. Hoffmann // Abstracts of the International Symposium "Biology and Taxonomy of Green Algae IV". Smolenice, 2002. P. 47.

76. Kuiper P. Lipid metabolism as a factor in environmental adaptation / P. Kuiper // Biogenesis and function of plant lipids / Eds. P. Mazliak, C. Costes, R. Douce.-. North-holland Biomedical Press, 1980. - P. 169-175.

77. Roche J. Induction of specific proteins in eukaryotic algae grown under iron-, phosphorus-, ornitrogen-deficient conditions / J. Roche, R.J.Geider, L.M.Graziano, H.Murray, Lewis K. // J. Phycol. 1993. - Vol. 26. - P. 767-777.

78. Markager S. Heterotrophic growth of Ulva lactuca (Chlorophyceae) / S. Markager, K. Sand-Jensen // J. Phicol. 1990. - Vol. 26. - P. 670-673.

79. Martin B.A. Changes in Soybean (Glycine max (L.) Merr.) glycerolipids in response to water stress / B.A. Martin, J.B. Schoper, R.W. Rinne // Plant Physiol. 1986. - Vol. 81. - P. 798-801.

80. McClanahan T.R. Algal growth and species composition under experimental control of herbivory, phosphorus and coral abundance in Glovers Reef, Belize / T.R. McClanahan, B.A. Cokos, E. Sala // Mar. Pollut. Bull. 2002. - Vol. 44. - P. 441-451.

81. Moore T.S. Membrane lipid biosynthesis in Chlamydomonas reinhardii. In vitro biosynthesis diacylglyceryltrimethylhomoserine / T.S. Moore, Z. Du, Z. Chen // Plant. Physiol. -2001.-Vol. 125. P. 423-429.

82. Moreau P. Lipid trafficking in plant cells / P. Moreau , J. Bessoule , S. Mongrand S, E. Testet, P.Vincent, C. Cassagne // Prog Lipid Res. 1998. - Vol. 3/7(6). -P. 371-391.

83. Moseley J.L., Chang C.-W., Grossman A.R. Genome-based approaches to understandingphosphorous deprivation responses and PSR1 control in Chlamydomonas reinhardtii // Eukaryotic Cell. 2006. - Vol. 5. - P. 26-44.

84. Moseley K. Lipid composition and metabolism of Volvox carteri / K. Moseley, G.A. Thompson //Plant Physiol. 1973. - Vol. 24. - P. 287-310.

85. Muchhal U.S.Transcriptional regulation of plant phosphate transporters / U.S.Muchhal, K.G.

86. Raghothama // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999. - Vol. 96. - P. 5868-5872. Munnic T. Phospholipid signaling in plants / T. Munnic, R.F. Irvine, A. Musgrave // Biochim.

87. Biophis. Acta. 1980. - Vol. 65. - P.260-265. Munnic T. Phospholipid signalling in plants / T. Munnic, R.F. Irvine, A. Musgrave // Biochim.

88. Biophis. Acta. 1998. - Vol. 1389. - P.:222-272. Muzliak P. Lipid metabolism in plants / P. Muzliak // Plant Physiol. - 1973. - Vol. 24. - P. 287310.

89. Nichols B. Separation of the lipids of photosynthetic tissues: improvements in analysis by thin-layer chromatography / B. Nichols // Biochim. Biophis. Acta. 1963. - Vol. 70. - P. 417-425.

90. Planta. 2002. - Vol. 216. - P. 23-37. Regnault A. Lipid composition of Euglena gracilis in relation to carbon-nitrogen balance / A.

91. Regnault, D. Chervin, F. Pitón, R. Calvayrae, P. Mazliak // Phytochemistry. 1995. -Vol. 40.-№3.-P. 725-733. Rikkinen J. What is behind the pretty colours? A study on the photobiology of lichens / J.

92. Schunmann P.H.D. Characterization of promoter expression patterns derived from Phtlphosphate transporter genes of barley (Hordeum vulgare L.) / P.H.D. Schunmann, A.E.Richardson, F.W.Smith, E.Delhaize // J. Exp. Bot. 2004a. - Vol. 55. - P. 855865.

93. Shimogawara K. Chlamidomonas reinhardtii mutants abnormal in their responses to phosphorus deprivation / K. Shimogawara, D.D. Wykoff, H. Usuda, A.R. Grossman // Plant. Physiol. -1999. Vol. 120.-P. 685-693.

94. Siegentahaler P.-A. Lipids in photosynthesis: structure, function and genetics / P.-A. Siegentahaler, N. Murata. London: Kluwer academic publishers,- 1998. - 303 p.

95. Siegentaler P.-A. Reconstitution of photosynthetic structures and activities with lipids / P.-A.

96. Siegentaler // Lipids in photosynthesis: structure, function, genetics . genetics / Eds. P.-A. Siegentaler, N. Murata.-Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 1998 — P.175-189.

97. Smith S. Mycorrhizal fungi can dominate phosphate supply to plants irrespective of growth responses / S. Smith, F. Smith, I. Jakobsen // Plant Physiol. 2003. - Vol. 133. - P. 16-20.

98. Spijkerman E. Competition for phosphorus among planktonic desmid species in continuous -flow culture / Spijkerman E., P.F.M. Coesel // J. Phycol. 1996. - Vol. 32. - P. 939948.

99. Spijkerman E. Phosphorus acquisition by Chlamidomonas acidophila under autotrophic and osmo -mixotrophic growth conditions / E. Spijkerman // J. Exp. Bot. 2007. - Vol. 58. - P. 4195-4202.

100. Thompson G. A. Lipids and membrane function in green algae /G. A. Thompson // Biochim.

101. Biophis. Acta. 1996. - Vol. 1302. - P. 17-45. Uemura M. A contrast of plasma membrane lipid composition of oat and rye leaves in-relation to freezing tolerance / M. Uemura, P. Steponkus // Plant Physiol. - 1994. - Vol. 104. - P. 479-496.

102. Kostetsky, I.M. Vasendin //J. Chromatogr. 1975. - Vol. 114. - No. 1. - P. 129-141. Vitikainen O. Taxonomic revision of Peltigera (lichenized Ascomycotina) in Europe / O.

103. Vitikainen//Acta Bot. Fenn. 1994. - Vol. 152. - Pi 1-94. Voelker D.R. New perspectives on the regulation of intermembrane glycerophospholipids traffic

104. Wikoff D.D. The regulation of photosynthetic electron transport during nutrient deprivation in Chlamidomonas reinhardtii / D.D. Wikoff, J.P. Davies, A. Melis, A.R. Grossman // Plant Physiol. 1998. - Vol. 117. - P. 129-139.

105. Xu C. Mutation of a mitochondrial outer membrane protein affects chloroplast lipid biosynthesis / C. Xu, E. Moellering, J. Fan, C. Benning // Plant Journal. 2008. - Vol. 54. - P. 163175.

106. Yin Y. Involvement of rapid nucleotide synthesis in recovery from phosphate starvation of Catharanthus roseus cells / Y. Yin, F. Shimano, H. Ashihara // J. Exp. Bot. 2007. -Vol. 58.-P. 1025-1033.

107. Yu B. Anionic lipids are required for chloroplast structure and function in Arabidopsis / B. Yu, C. Benning // Plant Journal. 2003. - Vol. 36. - P.762-770.

108. Yu B. Arabidopsis disrupter in SQD2 encoding sulfolipid synthase is impaired in phosphate-limited growth / B. Yu, C. Xu, C. Benning // PNAS. 2002. - Vol. 99. - P. 57325737.

109. Zarrouk M. Salt stress effect on polar lipid metabolism of olive leaves / M. Zarrouk, W. Seqqat-Dakhma, A. Cherif // Plant lipid metabolism /Eds. J.-C. Kader, P. Mazliak. -Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 1995. P.429-431.

110. Zhila N. Effect of nitrogen limitation on the growth and lipid composition of the green alga Botryococcus braunni Kiitz IPPAS H-252 / N. Zhila, G. Kalacheva, T. Volova // Russian J. Plant Physiol. 2005. - Vol. 52. - P. 357-365.

Информация о работе

Киселева, Мария Анатольевна
кандидата биологических наук
Санкт-Петербург, 2008
ВАК 03.00.12

Диссертация

Метаболизм мембранных липидов у свободноживущих и симбиотических зеленых водорослей рода Pseudococcomyxa в условиях дефицита фосфора - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы