Charakterisierung der sexuellen Fortpflanzung in Kieselalgen

Diatomeen (Kieselalgen) sind eine Gruppe verschiedener einzelliger Algen, die sowohl im Süß- als auch im Salzwasser leben. Diatomeen beeinflussen das Leben auf der Erde in mehrfacher Hinsicht. Sie machen etwa ein Fünftel der Primärproduktion a, indem sie Sonnenenergie in organische Verbindungen umwandeln und Sauerstoff freisetzen. Diatomeengemeinschaften sind gegen Wasserverschmutzung empfindlich und werden deshalb als Instrument zur Überwachung der Umweltbedingungen eingesetzt. Die Zellen leben in Schalen aus Siliziumdioxid, die sich nach dem Zelltod am Boden der Gewässer ansammeln und eine Schicht aus siliziumhaltigen Ablagerungen bilden. Die Fähigkeit von Kieselalgen, Energie in Form von Lipiden zu speichern, wird derzeit im Hinblick auf die Produktion von Biokraftstoffen untersucht. Im Gegensatz zu der Rolle der Diatomeen im Ökosystem, der Einsicht in ihr Potential in der Biotechnologie und einer ausführlichen Beschreibung der morphologischen Diversität ist ihre Biologie und ihr Lebenszyklus auf der molekularen Ebene kaum verstanden. Ein wesentliches Merkmal des haplo- diploiden Lebenszyklus der Kieselalgen ist eine einzigartige Strategies, zwischen Reduktion der Zellgröße während der somatischen Vermehrung und ihrer Restitution während der sexuellen Fortpflanzung zu wechseln. Ich werde Seminavis robusta, eine neue Kieselalgen Modellart, verwenden, um die Fortpflanzung der Kieselalgen auf molekularer und zellulärer Ebene zu untersuchen. Das Projekt wird auf die Identifizierung und Charakterisierung der Zellzyklus-Regulation während der sexuellen Fortpflanzung ausgerichtet. Insbesondere werde ich mich auf die Cycline konzentrieren, Proteine, die in allen Eukaryonten mit Cyclin-abhängigen Kinasen assoziieren und für die Progression jeder Zellteilung verantwortlich sind. Ich plane, mit der zytogenetischen Analyse der verschiedenen Phasen der sexuellen Fortpflanzung zu beginnen, um ein besseres Verständnis für die Dynamik dieses Prozesses zu erhalten und zytologische Indikatoren zu gewinnen. Dann werde ich anhand von Transkriptionsdaten jene Cycline auswählen, die sehr spezifisch nur bei der Paarung, der Bildung von Zygoten, Auxospore und / oder Anfangszellen exprimiert werden. Für jedes dieser Cycline werde ich die Spezifität der Expression verifizieren und sie anfänglich charakterisieren. Anschließend werde ich für S. robusta das Verfahren der Tandem-Affinitäts- Reinigung zur Identifizierung von Proteinkomplexen adaptieren. Diese Methode soll verwendet werden, um die Proteinkomplexe mit jenen Cyclinen zu identifizieren, für die die spezifische Expression während der sexuellen Fortpflanzung bestätigt wurde. Schließlich werden einige ausgewählte interagierende Proteine detailliert charakterisiert.

Kieselalgen sind eine Gruppe sehr unterschiedlicher mikroskopischer Algen, die sowohl in Süß- als auch Salzwasser leben. Diatomeen beeinflussen das Leben auf der Erde in mehrfacher Hinsicht. Sie machen etwa ein Fünftel der Primärproduktion der Erde aus, die Umwandlung von Sonnenenergie in die Synthese organischer Verbindungen und die Produktion von Sauerstoff. Kieselalgengemeinschaften reagieren empfindlich auf Wasserverschmutzung und werden als Instrument zur Überwachung von Umweltbedingungen eingesetzt. Ihre Zellen sind mit einer Hülle aus Kieselerde bedeckt, die sich nach dem Zelltod auf dem Meeresboden ansammelt und eine Schicht silikatischer Sedimente bildet. Die Fähigkeit von Diatomeen, Energie in Form von Lipiden zu speichern, wird derzeit für die zukünftige Biokraftstoffproduktion untersucht.Da Kieselalgen einen Kern des Ökosystems der Erde bilden und sich für die Biotechnologie als nützlich erweisen könnten, ist es notwendig, ihre Biologie und ihren Lebenszyklus auf molekularer Ebene zu verstehen. Dies wird sowohl für die Vorhersage ihrer Reaktionen auf eine sich verändernde Umwelt als auch für die Nutzung ihres Potenzials in der Biotechnologie nützlich sein. In meinem Projekt arbeitete ich mit der Kieselalge Seminavis robusta, die Eigenschaften aufweist, die für andere Kieselalgenarten des gleichen Typs typisch sind, wie Größenreduktion während der mitotischen Zellteilung, Abhängigkeit der sexuellen Fortpflanzungsfähigkeit von der Zellgröße und Vorhandensein von 2 Paarungstypen (Geschlecht): MT- und MT +. Im Gegensatz zu anderen Arten, die routinemäßig für die Forschung verwendet werden, kann diese Art im Labor leicht gekreuzt werden.Ich wollte herausfinden, wie der Paarungstyp (oder das Geschlecht) auf genetischer und molekularer Ebene bestimmt wird. In meiner Arbeit verwendete ich eine Kombination von molekularbiologischen und bioinformatischen Techniken, um die DNA-Sequenz des S. robusta geschlechtsbestimmenden Stücks des Genoms zu erhalten. Meine Ergebnisse beweisen, dass es zwei Allele des Paarungsorts gibt; eine, die sowohl in MT + als auch MT-Stämmen vorliegt, und eine spezifisch für MT + -Stamm. Der Paarungslocus in S. robusta erstreckt sich über zehn Kilobasen und kodiert für 21 Gene. In zukünftigen Arbeiten werden diese Gene funktionell charakterisiert und wir wollen herausfinden, welche von ihnen direkt an der Spezifizierung des Paarungstyps beteiligt sind.Die Identifizierung des Schlüsselgens, das den Paarungstyp in Diatomeen reguliert, ist ein wichtiger Schritt, um die molekulare und genetische Forschung an Diatomeen zu erleichtern. Es ermöglicht eine einfachere Züchtung und beschleunigt genetische Forschungstechniken, die für die Verwendung von Kieselalgen in der Biotechnologie und für eine weitere Erforschung der Diatomeenbiologie wichtig sind.