Buněčná biologie řas Řasa = fotosyntetický eukaryot, který není rostlina Kelp Forests: Restoring a Lifeline for the Ocean | Earth.Org Řasa = fotosyntetický eukaryot, který není rostlina Kelp Forests: Restoring a Lifeline for the Ocean | Earth.Org Řasa = fotosyntetický eukaryot, který není rostlina Kelp Forests: Restoring a Lifeline for the Ocean | Earth.Org Red algae | Marine, Seaweed, Rhodophyta | Britannica Řasa = fotosyntetický eukaryot, který není rostlina Kelp Forests: Restoring a Lifeline for the Ocean | Earth.Org Red algae | Marine, Seaweed, Rhodophyta | Britannica Řasa = fotosyntetický eukaryot, který není rostlina Kelp Forests: Restoring a Lifeline for the Ocean | Earth.Org Red algae | Marine, Seaweed, Rhodophyta | Britannica Řasa = fotosyntetický eukaryot, který není rostlina Kelp Forests: Restoring a Lifeline for the Ocean | Earth.Org Red algae | Marine, Seaweed, Rhodophyta | Britannica Řasa = fotosyntetický eukaryot, který není rostlina Kelp Forests: Restoring a Lifeline for the Ocean | Earth.Org Red algae | Marine, Seaweed, Rhodophyta | Britannica Cyanothece (Synechococcaceae) » Manaaki Whenua Consider blue-green algal blooms this summer: Identifying and managing suspected cyanotoxin poisoning in primary care | bpacnz Cyanobacteria: R-E-S-P-E-C-T – Lives on Earth These are chains of a cyanobacteria... - My Microscopic World | Facebook Cyanobacteria Monitoring - Lake Fairlee Association vs. Sinice – cyanobacteria – blue-green algae řasy jsou zajímavé Phaeocystis - 10% DMS produkce ~35% globální produkce Země, fixace uhlíku, podnebí, počasí… Une planete a 2 vitesses! Ecosystemes en mouvement et en perpetuelle re-organisation. La pompe a carbone et le cycle du carbone kelp_forest_15_4.jpg Slide5 Toxins in the Food Chain | Hakai Magazine Řasy jako zabijáci? lProdukce neurotoxinů – obrněnky (brevetoxin) a rozsivky (kys. domoová) lmedicína a neurobiologie Řasy jako zabijáci?! plasmodium.jpg toxoplasma_gondii_parasite.jpg “funkční“ skupina s velkou diverzitou Garcia-Lopez & Moreira 2023 “primární” vs. “sekundární” Wikipedia | Algae, Red algae, Green algae Jak vznikla diverzita komplexních plastidů? CABOZOA nepřežila první větší fylogeneze Cavalier-Smith (1999/2002) - zelené i červené sekundární endosymbiózy pouze jednou CHROMALVEOLATA nejprve přijímána Janouskovec et al. 2010 PNAS Burki et al. 2016. Plastidy jsou monofyletické, hostilelé ne Jak vznikla diverzita komplexních plastidů? Strassert et al., 2021 Nat. Comm. Seriální endosymbióza ”červených plastidů” Wikipedia | Algae, Red algae, Green algae Ve skutečnosti je to všechno mnohem složitější Obrněnky (dinoflagellata) – “zloději plastidů” opakované ztráty a znovuzískání plastidů od jiných linií Kleptoplastie – symbioza+predace, dočasné uchování funkčních plastidů Endosymbióza a buněčná organizace Dochází ke značné redukci genomu organely – redundance - energetická náročnost replikace - kontrola hostitele - efektivita regulace buněčných procesů •Cyanobakteria: Synechocystis: 3573 kbp/ 3168 proteinů Prochlorococcus marinus: 1660 kbp/ 1884 Nostoc punctiforme: 9000 kbp/ 7400 •Algal plastids: Porphyra purpurea: 191 kbp/ 200 proteinů Cyanidium caldarium: 165 kbp/ 197 Guillardia theta: 122 kbp/ 148 Cyanophora paradoxa: 136 kbp/ 136 Odontella sinensis: 120 kbp/ 124 Euglena gracilis: 143 kbp/ 58 Timmis et al., 2004 Nat Rev Genet Endosymbióza a buněčná organizace EGT – endosymbiotický genový přenos – jaderné genomy hostitelů nesou zřetelný fylogenetický signál donorů organel Fylogenetický původ proteinů E. gracilis Ebenezer et al. 2019, BMC Biology 572/4087 = 14% High-quality image (207K) - Opens new window Jarvis 2004 Curr Biol Bock and Timmis 2008 Bioessays Rousseau-Gueutin et al., 2012 Plant Signal Behav mechanismus z větší části neznámý aktivace přeneseného genu začleněním do funkčního genu? Cihlář et al. 2019 Advances in Botanical Research Evoluční historie se otiskla do “buněčného života” Case study: syntéza tetrapyrolů Cihlář et al. 2019 Advances in Botanical Research Řasy s komplexním plastidem “zeleného” původu Cihlář et al. 2019 Advances in Botanical Research Řasy s komplexním plastidem “červeného” původu Nukleomorf – hypotetické jádro endosymbionta nalezeno u skrytěnek a chlorarachneí Modelové řasy – primární Chlamydomonas reinhardtii Sasso et al., 2018 eLife Modelové řasy – primární Chlamydomonas reinhardtii malý a nekomplexní genom (111 Mbp, 17 chr) rychlý růst a snadná kultivace (8 hodin) mixotrofie (studium fotosyntézy) snadná a efektivní transformace – CRISPR-Cas9, AgbT, glassbeads, elektroporace, gene gun (103 – 105 mg DNA) haplo/diplo transformovatelný i chloroplast Chlamydomonas reinhardtii - přínos objev podsložek (DI/II ) fotosystému II undefined Summary of chloroplast processes involved in NPQ relaxation. The figure... | Download Scientific Diagram xantofylový cyklus NPQ Chlamydomonas reinhardtii - přínos Charakterizace funkce a struktury bičíku Figure 5. Conservation of proteins in flagellar proteome. Number of C. reinhardtii (C.r.) flagellar proteins conserved (BLAST E ≤ 1e-10) in H. sapiens (H.s.) and/or A. thaliana (A.t.), out of a total of 652 proteins identified by two or more peptide hits. 292 C. reinhardtii flagellar proteins had no close homologues in either humans or A. thaliana. > 600 proteinů, většina s axonemou, homologie s H. s. pokrok ve studium příčin PKD - ITF88 homolog důležitý pro formaci cilií v ledvinových kanálcích Pazour et al., 2005 J Cell Biol Popis mechanizmu intraflagelárního transport (IFT), formace a udržování integrity bičíku Kozminski et al., 1993, PNAS; Prevo et al., 2017 FEBS J Dyneiny a kinesiny jako motory Modelové řasy – sekundární Modelové řasy – sekundární Rozsivky (Bacillariophyta, diatoms) až 20% celkové primární produkce potravní řetězec oceánů biogeochemické cykly velká a dobře popsaná divezita Are You Prepared for the Coming Season of Blue-Green Algae Blooms? - AlgaEnviro metabolické adaptace - mixotrofie, OUC… Modelové řasy – sekundární Phaeodactylum tricornutum rychlý růst (cca 24 hodin) a snadná kultivace mixotrofie (studium fotosyntézy) snadná a efektivní transformace – CRISPR-Cas9, TALEN, elektroporace, RNAi malý genom (±28 Mbp, 25 chr.), diploidní model pro syntetickou biologii (klon plastidu i mitochondrie) Bowler et al., 2010 Cur Opin Plant Biol Proč jsou rozsivky tak úspěšné? Železo je ve většině oceánů velmi vzácný prvek Gledhill & Buck 2012 Nejproduktivnější části oceánu - nejmenší obsah železa Screen Shot 2015-03-29 at 10.27.45 PM.png Screen Shot 2015-03-29 at 10.47.22 PM.png Rozsivky dominují ve vodách obohacených železem Screen Shot 2015-03-29 at 11.12.26 PM.png Na přidání železa reagují jinak, než ostatní řasy rezignují na výměnu měné efektivních enzymů (flavodoxiny) pro elektronový transport za výkonnější, obsahující železo místo toho železo investují do nitrit/nitrát reduktáz, glutamin a glutamát syntetáz apod… à Redukce oxidovaných sloučenin dusíku na močovinu a amoniak, hromadí zásoby využitelného dusíku dále investují do systémových procesů (syntéza chlorofylu, NK, polyaminů pro asimilaci křemíku)… à Příprava na rychlé dělení Jak to dělají?! Proč jsou rozsivky tak úspěšné #2? Screen Shot 2015-03-19 at 2.09.12 PM.png 545px-Haeckel_Diatomea.jpg Genomy rozsivek obsahují dvě kopie CPS Klíčový enzym syntézy pyrimidinů, ale i OUC Navíc jedna z kopií obsahuje mTP a je NH4+- závislá ++ Nx à dlohodobé zvýšení exprese OUC genů Proč by rozsivky měly OUC?! RNAi OUC genů vede k poklesu syntézy důležitých aa… … i prodůktů TCA Screen Shot 2015-03-19 at 3.24.35 PM.png Těsná vazba mezi TCA a OUC přes (mezi)produkty (prolin + močovina) Anabolická funkce OUC u rozsivek – centrální hub metabolism N a C DNA bez histonů?! Alveolata: Dinozoa - obrněnky Extrémné druhově bohatá a početná složka planktonu 50% heterotrofní (parazité a predátoři, zbytek auto- a mixotrofní), symbionti korálů - bleaching Hospodářský význam – red tides a shelfish poisoning f_noctiluca 156_image_main Slide5 Prorocentrum sp. Dinokaryon! DNA obrněnek není organizovaná na histonech ty jsou jinde v jádře, podílí se (asi) na replikaci a regulaci transkripce tekuté DNA krystaly vystužené Ca a Mg ionty a HLP – histone like proteins bakteriálního původu lineární, permanentně kondenzované chromozomy transkripce probíhá na smyčkách Transcription takes place at the loops HLP Dinokaryon u všech, kromě perkinsidů Perkinsus Marinus, a particularly dangerous disease in oysters: Possibly eliminate the entire mollusk farming area Scanning electron microscopic observation of the in vitro cultured protozoan, Perkinsus olseni, isolated from the Manila clam, Ruditapes philippinarum | BMC Microbiology | Full Text Proč a jak došlo ke nahrazení histonů? Phycodnaviridae – ds DNA viry řas (Chlorella) u bazálních obrněnek tvoří DVNP většinu nukleoproteinů xenotransfekce do S. cerevisiae – vazba na jádro, růstový fenotyp Irwin et al. 2018 Nat Comm ↑ DVNPs ↓ funkční nukleozomy a transkripce mutace ↓ úroveň histonů zlepšily růst Prvotní infekce phycodnaviry donutily obrněnky zbavit nukleozomy histonů? Organizace genomu obrněnek a transkripce Symbiodinium microadriaticum – geny organizovány ve funkčních blocích – polycistronický přepis, SL a trans-splicing – časté mutace SL – reverzní transkripce a rekombinace zpátky do genomu – à repetice a obrovské rozpětí velikostí genomu (0.1 – 600 Gbp)