인 결핍은 와편모충 Prorocentrum cordatum의 유성 생식을 유도합니다

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14191(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

질소(N)와 인(P)은 식물성 플랑크톤의 성공적인 성장을 촉진하고 수생 일차 생산성을 좌우하는 필수 요소입니다. 본 연구에서 우리는 전 세계적으로 유해한 조류 번식을 일으키는 반수체 생활사를 지닌 와편모충인 Prorocentrum cordatum의 유성 생식에 대한 N 및/또는 P 결핍의 영향을 조사했습니다. P. cordatum 배양에서 N과 결합된 N 및 P 결핍은 G0/G1 단계에서 세포 주기를 정지시키고 세포 배양 성장을 약화시킵니다. 우리는 N 결핍이 아닌 P 결핍이 P. cordatum의 생활사에서 영양 단계에서 유성 단계로의 전환을 촉발했다는 것을 관찰했습니다. 이로 인해 상대 핵 DNA 함량 2C(접합체)를 갖는 세포의 비율이 급격히 증가하고 상대 핵 DNA 함량 4C(분할 접합체)를 갖는 세포의 출현이 급격히 증가했습니다. 후속적인 인산염 보충은 감수분열을 자극하고 4C 세포 수(접합체 분할)의 눈에 띄는 증가를 가져왔습니다. 또한 우리는 전사체 데이터 분석을 수행하고 P. cordatum에 의한 인산염 흡수 및 대사 조절에 관여하는 추정 인산염 수송체와 효소를 확인했습니다. 여기에는 친화도가 높거나 낮은 무기 인산염 운반체, 비정형 알칼리성 인산분해효소, 보라색 산성 인산분해효소 및 SPX 도메인 함유 단백질이 포함됩니다.

와편모조류는 해양 1차 생산, 수생 먹이 사슬 내 물질과 에너지 전달, 그리고 "적조"라고도 불리는 전 세계적으로 유해한 조류 번성 형성에 기여하는 가장 중요한 원생생물 그룹 중 하나입니다1, 2. 이러한 미세조류는 복잡한 영양 및 일시적인 성적 단계가 변경되는 생활주기. Noctiluca3를 제외한 알려진 유일한 와편모충류는 반수생 생활사를 가지고 있습니다. 특정 환경 조건에서 영양 세포는 융합되어 이배체 접합체를 형성하는 배우자로 분화됩니다. 후자는 성적 휴식 낭종을 형성하거나 장기간의 포낭 형성 없이 두 번의 연속적인 감수 분열을 겪습니다. 발아하는 동안 성적 휴면 낭종은 감수분열을 겪습니다4,5,6.

생명주기의 영양 단계에서 성 단계로의 전환을 조절하는 요인에 대한 탐색은 수십 년 동안 연구 주제였습니다. 일부 종에서는 이러한 전환이 자발적으로 이루어질 수 있습니다3, 7. 그러나 다른 많은 원생생물과 마찬가지로 와편모충의 성행위는 영양 결핍, 불리한 온도 체계, 염분 스트레스, 방목 또는 기생충과 같은 불리한 환경 조건에서 생존 전략으로 간주됩니다. 감염8,9,10,11. 성욕을 유발하는 요인들 사이의 상호작용은 복잡할 수 있습니다. 예를 들어, Alexandrium minutum에서는 P 결핍, 낮은 염분도 및 고온과 같은 세 가지 요인의 결합된 효과가 P 및/또는 N 결핍만의 효과와 비교하여 편접합체 및 유성 휴면 포낭의 생산량을 크게 증가시킵니다9 . 적절한 짝짓기 파트너의 존재는 이종종의 성공적인 유성 생식에도 중요합니다. 많은 와편모충의 경우 성적 과정은 높은 세포 농도와 영양원의 고갈을 특징으로 하는 후기 기하급수적 또는 고정 배양에서 설명되었습니다. Polykrikos kofoidii와 같은 종속 영양 종에서는 먹이가 없으면 배우자 형성도 유도할 수 있습니다7. 실제로, 영양분 가용성은 이 원생생물 그룹의 생활주기 조절에 중요한 역할을 할 가능성이 높습니다. 대부분의 와편모충의 배양에서 성욕은 N 및/또는 P를 낮추거나 제거하거나 배양 배지에서 비율을 변경하여 유도될 수 있습니다8, 16.

Prorocentrum cordatum(현재 Prorocentrum minimum의 분류학적 동의어로 인정됨)은 신경성 플랑크톤 와편모충류이며 전 세계적으로 유해한 조류 번성의 원인 물질입니다17,18,19,20,21. P. cordatum의 수명주기가 최근에 설명되었습니다. 3주 이상 신선한 배지와 영양분을 첨가하지 않고 성장한 노화배양에서는 융합 생식세포, 편접합체, 감수분열로 분열하는 접합체 등 다양한 성적 단계가 관찰되었다. 그러나 영양생식에서 성행위로의 전환을 촉발하는 구체적인 요인은 지금까지 보고되지 않았습니다. 우리는 N 및/또는 P 결핍이 P. cordatum의 유성 생식을 유발할 수 있다고 제안했습니다.