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The functional significance of sex and death in phytoplankton differentiation

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Eine mikroskopische Alge mit großer Zukunft

Europäische Forscher befassten sich mit der Genetik eines Phytoplanktons, der als Kohlenstoffsenke agiert und klimaaktives Gas produziert. Auf der Suche nach den Genen, die die geschlechtliche Phase regulieren, könnte das Rätsel der Wiederansiedlung und Bildung neuer Algenblüten gelöst werden.

Gesundheit

Die winzige Alge Emiliana huxleyi (E. huxleyi) mit ihrem komplexen Lebenszyklus ist von großer Bedeutung für die Biogeochemie unserer Weltmeere. Sie macht einen Großteil der weltweiten Kohlenstoffsenken aus, wobei Calcit-Scheibchen die Zelloberfläche während der diploiden Phase des Lebenszyklus schützen, was zur charakteristischen milchigweißen Algenblüte führt. E. huxleyi produziert zudem Dimethylsulfid (DMS), das als Kondensationskeim fungiert und daher eine wichtige Rolle in der globalen Homöostase spielt. In der zweiten Phase des Lebenszyklus, der geschlechtlichen oder haploiden Phase, werden Gameten produziert, die vollständig resistent gegen Angriffe von Viren sind, die die Blüte buchstäblich vernichten können. Da der Klimaschutz auf der Agenda der Europäischen Union ganz oben steht, untersuchte das EU-finanzierte Projekt FUNSEX-DEPHYND (The functional significance of sex and death in phytoplankton differentiation) Unterschiede zwischen geschlechtlicher und ungeschlechtlicher Phase, um Aufschluss über Stressreaktionen und exponentielles Wachstum dieses Meeresplanktons zu gewinnen. Mithilfe der so genannten Sanger-Sequenzierung (deep sequencing) ermittelte das Forscherteam, dass während der Algenblüte bei E. huxleyi rund 20.000 Gene exprimiert werden, die Hälfte davon wird in der geschlechtlichen Phase differenziell exprimiert. Identifiziert wurden zudem wichtige Gene, die die Kalzifizierung in der diploiden Phase regulieren. Die in der haploiden Phase hochspezifisch exprimierten Gene sind für die Ausbildung von Geißeln zuständig. Dies ist Voraussetzung für die Motilität der Gameten einiger Stämme. Weiterhin untersuchte FUNSEX-DEPHYND mithilfe von Mikroarrays die Effekte von Phosphor(P)- und Stickstoff(N)-Mangel auf beide Phasen des Lebenszyklus. Haploide Geschlechtszellen können niedrige Phosphorkonzentrationen besser tolerieren als diploide Zellen, und die Forscher identifizierten die für diese Unterschiede verantwortlichen Veränderungen in der Genexpression. Genomweite Vergleiche enthüllten auch die großen Unterschiede zwischen einzelnen Stämmen von E. huxleyi – 70 Stämme, die in wärmeren Gewässern heimisch sind, hatten die Fähigkeit zur Geißelbildung verloren. Stämme in gemäßigten Klimaregionen behalten den vollständigen Lebenszyklus bei. Das Joint Genome Institute (JGI) in den Vereinigten Staaten hat kürzlich die Analyse der gesamten Sequenz von E. huxleyi abgeschlossen, in postgenomischen Analysen sollen nun Genfunktionen und mögliche Anwendungen abgeklärt werden. Die Ergebnisse des Projekts werden die europäische Phytoplanktonforschung vorantreiben, da diese Mikroorganismen großen Einfluss auf die Klimaregulierung haben.

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