Kieselalgen/Bakterien-Symbiose im offenen Ozean erforscht

Eine Studie veröffentlicht in PNAS-Nexus erforscht die genetische Expression eines photosynthetischen Symbionten, der in einem häufig vorkommenden Meeresorganismus lebt. Marine Kieselalgen sind für ein Fünftel der weltweiten Photosynthese verantwortlich. Viele davon befinden sich an der Küste, aber Diatomeen-Diazotroph-Assoziationen gedeihen dank einer symbiotischen Beziehung zwischen einem Diatomeenwirt und stickstofffixierenden Bakterien in offenen Meeresgewässern, die wenig Nährstoffe enthalten.

Rachel Foster, Enrique Flores und Kollegen sammelten die Kieselalge Hemiaulus hauckii zusammen mit dem Cyanobakterium Richelia euintrazelluläris, das in den Zellen der Kieselalge lebt, an mehreren Standorten im westlichen tropischen Nordatlantik.

Cyanobakterien sind Bakterien, die eine pflanzenähnliche Photosynthese durchführen können. Da Forscher derzeit nicht in der Lage sind, Richelia euintrazelluläris im Labor zu züchten, untersuchten die Autoren die Funktion von Proteinen im Endosymbionten, indem sie die Proteine ​​in Modellorganismen exprimierten, darunter Escherichia coli und Anabaena sp.

Es wurde festgestellt, dass ein Protein Saccharose in Glucose und Fructose spaltet. Das Vorhandensein eines Saccharose-spezifischen Bindungsproteins für gelöste Stoffe, das am Transport von Molekülen durch die Zellmembran beteiligt ist, legt nahe, dass die Saccharose den Bakterien von den Diatomeenwirten bereitgestellt wird. Es wurden weitere Bindungsproteine ​​für gelöste Stoffe gefunden, die am Transport von Aminosäuren (Glutamat, Phenylalanin) und einem Polyamin (Spermidin) beteiligt sind. Die Expression von Genen, die diese Proteine ​​kodieren, wurde in Wildpopulationen aus dem Atlantischen Ozean nachgewiesen.

Laut den Autoren zeichnet die Studie das Bild eines Systems, in dem die Kieselalge die Bakterien mit reduzierten organischen Kohlenstoffverbindungen versorgt, um eine hohe Stickstofffixierungsrate aufrechtzuerhalten.