stringtranslate.com

Клептопластика

Клетка пищеварительной трубочки морского слизняка Elysia clarki , заполненная хлоропластами, взятыми из зеленых водорослей.
C = хлоропласт ,
N = клеточное ядро .
Электронная микрофотография : масштабная линейка 3 мкм.

Клептопластия или клептопластидий — это процесс в симбиотических отношениях, при котором пластиды , в частности хлоропласты водорослей , секвестрируются хозяином. Слово происходит от Kleptes (κλέπτης), что по-гречески означает вор . Водоросль поедается обычным образом и частично переваривается, оставляя пластиду нетронутой. Пластиды сохраняются внутри хозяина, временно продолжая фотосинтез и принося пользу хозяину.

Этимология

Слово «клептопластика» происходит от древнегреческого κλέπτης ( kléptēs ), что означает « вор » , и πλαστός ( plastós ), изначально означавшего сформированный или отлитый в форму, и использовавшегося в биологии для обозначения пластиды . [1]

Процесс

Клептопластия — это процесс в симбиотических отношениях, при котором пластиды , в частности хлоропласты водорослей , секвестрируются хозяином. Водоросль поедается нормально и частично переваривается, оставляя пластиду нетронутой. Пластиды сохраняются внутри хозяина, временно продолжая фотосинтез и принося пользу хозяину. [ 1 ] Термин был придуман в 1990 году для описания симбиоза хлоропластов. [2] [3]

Происшествие

Клептопластия была приобретена в различных независимых кладах эукариот , а именно одноклеточных протистах супергруппы SAR и типа Euglenozoa , а также некоторых морских беспозвоночных животных .

У простейших

Фораминиферы

Некоторые виды фораминифер родов Bulimina , Elphidium , Haynesina , Nonion , Nonionella , Nonionellina , Reophax и Stainforthia секвестрируют хлоропласты диатомовых водорослей . [4]

Динофлагелляты

Стабильность транзиторных пластид значительно варьируется в зависимости от вида, сохраняющего пластиды. У динофлагеллят Gymnodinium spp. и Pfisteria piscicida клептопластиды фотосинтетически активны всего несколько дней, тогда как клептопластиды у Dinophysis spp. могут быть стабильны в течение 2 месяцев. [1] У других динофлагеллят клептопластия, как предполагалось, представляет собой либо механизм, обеспечивающий функциональную гибкость, либо, возможно, раннюю эволюционную стадию постоянного приобретения хлоропластов. [5]

Инфузории

Мезодиний рубрум

Mesodinium rubrum — инфузория , которая крадет хлоропласты у криптомонады Geminigera cryophila . [6] M. rubrum участвует в дополнительном эндосимбиозе, передавая свои пластиды своим хищникам — планктонным динофлагеллятам, принадлежащим к роду Dinophysis . [7]

Кариоклепсия — родственный процесс, при котором ядро ​​клетки-жертвы также сохраняется хозяином. Впервые это было описано в 2007 году у M. rubrum . [8]

Эвгленозои

Первый и единственный случай клептопластии в Euglenozoa принадлежит виду Rapaza viridis , самой ранней дивергентной линии Euglenophyceae . Этот микроорганизм требует постоянного снабжения штаммом микроводорослей Tetraselmis , которые он поглощает для извлечения хлоропластов. Затем клептопласты постепенно трансформируются в те, которые напоминают постоянные хлоропласты остальных Euglenophyceae. Клетки Rapaza viridis могут выживать до 35 дней с этими клептопластами. [9]

Клептопластия считается способом питания общего предка эвгленовых. Предполагается, что клептопластия допускала различные события горизонтального переноса генов , которые в конечном итоге позволили создать постоянные хлоропласты у оставшихся эвгленовых. [9]

Животные

Рабдоцельные плоские черви

Два вида морских плоских червей -рабдоцелей , Baicalellia solaris и Pogaina paranygulgus, используют клептопластию. Ранее эта группа была классифицирована как имеющая эндосимбионты водорослей, хотя уже было обнаружено, что эндосимбионты не содержат ядер. [10]

При потреблении диатомовых водорослей B. solaris и P. paranygulus в процессе, который пока не открыт, извлекают пластиды из своей добычи, включая их субэпидермально, при этом отделяя и переваривая панцирь и остаток диатомовых водорослей. У B. solaris извлеченные пластиды, или клептопласты, продолжают демонстрировать функциональный фотосинтез в течение короткого периода, примерно 7 дней. Поскольку эти две группы не являются сестринскими таксонами, и эта черта не является общей для групп, более тесно связанных, есть доказательства того, что клептопластия развилась независимо в пределах двух таксонов. [11]

Морские слизни (брюхоногие моллюски)

Сакоглосса
Costasiella kuroshimae , морской слизень из отряда сакоглоссановых, который использует клептопластику для создания сложных узоров на своем теле.

Морские слизни в кладе Sacoglossa практикуют клептопластию. [12] Несколько видов морских слизней Sacoglossan захватывают неповрежденные, функциональные хлоропласты из водорослевых источников пищи, сохраняя их в специализированных клетках, выстилающих пищеварительные дивертикулы моллюска . Самая длительная известная клептопластическая ассоциация, которая может длиться до десяти месяцев, обнаружена у Elysia chlorotica , [2] которая приобретает хлоропласты, поедая водоросль Vaucheria litorea , сохраняя хлоропласты в клетках, выстилающих ее кишечник. [13] Молодые морские слизни устанавливают клептопластический эндосимбиоз, питаясь водорослевыми клетками, высасывая содержимое клеток и выбрасывая все, кроме хлоропластов. Хлоропласты фагоцитируются пищеварительными клетками, заполняя широко разветвленные пищеварительные трубочки, снабжая своего хозяина продуктами фотосинтеза. [14] Однако не решено, активно ли украденные пластиды секретируют фотосинтезирующий продукт или слизни получают косвенную выгоду от медленно деградирующих клептопластов. [15]

Из-за этой необычной способности сакоглоссанов иногда называют «солнечными морскими слизняками», хотя фактическая польза от фотосинтеза для выживания некоторых из проанализированных видов, по-видимому, в лучшем случае незначительна. [16] Фактически, некоторые виды могут даже погибнуть в присутствии фиксирующих углекислый газ клептопластов в результате повышенного уровня активных форм кислорода. [17]

Было показано, что изменения температуры отрицательно влияют на клептопластические способности сакоглоссанов. Было показано, что показатели эффективности фотосинтеза, а также обилие клептопластов снижаются в корреляции с понижением температуры. Однако закономерности и скорость этих изменений различаются у разных видов морских слизней. [18]

Голожаберные

Некоторые виды другой группы морских слизней, голожаберных моллюсков, таких как Pteraeolidia ianthina , изолируют целые живые симбиотические зооксантеллы внутри своих пищеварительных дивертикулов и, таким образом, также «питаются солнечной энергией». [19]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Minnhagen, Susanna; Carvalho, Wanderson F.; Salomon, Paulo S.; Janson, Sven (2008). «Содержание ДНК хлоропластов в Dinophysis ( Dinophyceae ) на разных стадиях клеточного цикла согласуется с клептопластией». Environmental Microbiology . 10 (9). Wiley: 2411–2417. Bibcode : 2008EnvMi..10.2411M. doi : 10.1111/j.1462-2920.2008.01666.x. PMID  18518896.
  2. ^ ab SK Pierce; SE Massey; JJ Hanten; NE Curtis (1 июня 2003 г.). «Горизонтальный перенос функциональных ядерных генов между многоклеточными организмами». Biol. Bull . 204 (3): 237–240. doi :10.2307/1543594. JSTOR  1543594. PMID  12807700. S2CID  9671982. Получено 24.11.2008 .
  3. ^ Кларк, КБ; Дженсен, КР; Стритс, ХМ (1990). «Обзор функциональной клептопластики среди западноатлантических Ascoglossa (=Sacoglossa) (Mollusca: Opisthobranchia)». Велигер . 33 : 339–345. S2CID  87182226.
  4. ^ Бернхард, Джоан М.; Боузер, Сэмюэл С. (1999). «Бентосные фораминиферы дизоксичных осадков: секвестрация хлоропластов и функциональная морфология». Earth-Science Reviews . 46 (1–4): 149–165. Bibcode : 1999ESRv...46..149B. doi : 10.1016/s0012-8252(99)00017-3.
  5. ^ Gast RJ, Moran DM, Dennett MR, Caron DA (январь 2007 г.). «Клептопластика у антарктических динофлагеллят: застигнуты в эволюционном переходе?». Environ. Microbiol . 9 (1): 39–45. Bibcode :2007EnvMi...9...39G. CiteSeerX 10.1.1.490.54 . doi :10.1111/j.1462-2920.2006.01109.x. PMID  17227410. 
  6. ^ Джонсон, Мэтью Д.; Олдах, Дэвид; Чарльз, Ф. Делвич; Стокер, Дайан К. (январь 2007 г.). «Сохранение транскрипционно активных ядер криптофитов инфузориями Myrionecta rubra». Nature . 445 (7126): 426–8. Bibcode :2007Natur.445..426J. doi :10.1038/nature05496. PMID  17251979. S2CID  4410812.
  7. ^ Нишитани, Г.; Нагаи, С.; Баба, К.; Киёкава, С.; Косака, И.; Миямура, К.; Нишикава, Т.; Сакурада, К.; Шинад, А.; Камияма, Т. (2010). «Высокий уровень соответствия идентичности пластид видов Myrionecta rubra prey и Dinophysis, выявленный с помощью генетического анализа изолятов из прибрежных вод Японии». Прикладная и экологическая микробиология . 76 (9): 2791–2798. Bibcode : 2010ApEnM..76.2791N. doi : 10.1128/AEM.02566-09. PMC 2863437. PMID  20305031 . 
  8. ^ Джонсон, Мэтью Д.; Олдах, Дэвид; и др. (25 января 2007 г.). «Сохранение транскрипционно активных ядер криптофитов инфузорией Myrionecta rubra». Nature . 445 (7126): 426–428. Bibcode :2007Natur.445..426J. doi :10.1038/nature05496. PMID  17251979. S2CID  4410812 . Получено 4 февраля 2015 г. .
  9. ^ ab Anna Karnkowska; Naoji Yubuki; Moe Maruyama; et al. (16 марта 2023 г.). «Эвгленозойная клептопластика освещает раннюю эволюцию фотоэндосимбиоза». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 120 (12): e2220100120. doi :10.1073/PNAS.2220100120. ISSN  0027-8424. PMC 10041101. PMID 36927158.  Wikidata Q125824653  . 
  10. ^ Э. Маркус, Turbellaria Brasileiros (9). Бол. Фак. Фил. Ци. Летрасский университет. Сан-Паулу 16 , 5–215 (1951).
  11. ^ Ван Стенкисте, Нильс В. Л.; Стефенсон, Индия; Херранц, Мария; Хусник, Филипп; Килинг, Патрик Дж.; Леандер, Брайан С. (2019). «Новый случай клептопластики у животных: морские плоские черви крадут функциональные пластиды у диатомовых водорослей». Science Advances . 5 (7): eaaw4337. Bibcode :2019SciA....5.4337V. doi : 10.1126/sciadv.aaw4337 . PMC 6636991 . PMID  31328166. 
  12. ^ Хэнделер, К.; Гржимбовски, Ю.П.; Круг, П.Й.; Вэгеле, Х. (2009). «Функциональные хлоропласты в клетках метазоа — уникальная эволюционная стратегия в жизни животных». Frontiers in Zoology . 6 : 28. doi : 10.1186/1742-9994-6-28 . PMC 2790442. PMID  19951407 . 
  13. ^ Кэтрин Брахик (24 ноября 2008 г.). «Морской слизень на солнечных батареях использует украденные гены растений». New Scientist . Получено 24 ноября 2008 г.
  14. ^ "SymBio: Introduction-Kleptoplasty". Университет штата Мэн. Архивировано из оригинала 2008-12-02 . Получено 2008-11-24 .
  15. ^ де Врис, Ян; Криста, Грегор; Гулд, Свен Б. (2014). «Выживание пластид в цитозоле клеток животных». Trends in Plant Science . 19 (6): 347–350. Bibcode : 2014TPS....19..347D. doi : 10.1016/j.tplants.2014.03.010. PMID  24767983.
  16. ^ Де Врис, Ян; Раух, Сесса; Криста, Грегор; Гулд, Свен Б. (2014). «Путеводитель морского слизняка по пластидному симбиозу». Acta Societatis Botanicorum Poloniae . 83 (4): 415–421. дои : 10.5586/asbp.2014.042 . hdl : 10773/21103 . ISSN  2083-9480.
  17. ^ de Vries, J.; Woehle, C.; Christa, G.; Wagele, H.; Tielens, AGM; Jahns, P.; Gould, SB (2015). «Сравнение сестринских видов выявляет факторы, лежащие в основе совместимости пластид у зеленых морских слизней». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 282 (1802): 20142519. doi :10.1098/rspb.2014.2519. ISSN  0962-8452. PMC 4344150. PMID 25652835  . 
  18. ^ Лаетц, Элиз; Вагеле, Хайке (2018). «Как температура влияет на функциональную клептопластику? Сравнение популяций сестринских видов Elysia timida Risso, 1818 и Elysa cornigera Nuttall, 1989 (Gastopoda: Sacoglossa), работающих на солнечной энергии». Frontiers in Zoology . 15 : 17. doi : 10.1186/s12983-018-0264-y . PMC 5937827. PMID  29760759 . 
  19. ^ Sutton & Hoegh-Guldberg, Взаимодействия хозяина и зооксантеллы в четырех умеренных морских симбиозах; Оценка воздействия экстракта хозяина на симбионтов; Биологический бюллетень, Морская биологическая лаборатория (Вудс-Хоул, Массачусетс). т. 178 (1990) стр. 175

Внешние ссылки