$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Czerwone algi, takie jak rodzaj Chroothece, mogą rosnąć w ekstremalnych siedliskach, gdzie często muszą radzić sobie z wyraźnymi zmianami środowiskowymi1. Powodzie i susze są częste w regionach półpustynnych, gdzie można znaleźć ten rodzaj, a niektóre gatunki zostały zgłoszone w potokach, klifach, jaskiniach, a nawet wodach termalnych2. Jednak w większości przypadków zmienne biologiczne, takie jak konkurencja lub wypas, spychają gatunki do nieoptymalnych warunków dla ich wzrostu. Ponieważ organizmy te są często trudne do hodowli i albo nie rosną, albo rosną bardzo wolno w warunkach laboratoryjnych, jednym z głównych ograniczeń jest dostępna wielkość próbki. Dlatego bardzo ważne jest, aby stosować metody nieniszczące lub metody, które wymagają minimalnej manipulacji próbką3,4.
Umiejętności fizjologiczne potrzebne do przetrwania w tych trudnych warunkach mogą być monitorowane poprzez śledzenie zmian w ich systemach fotosyntetycznych. Mechanizmy metaboliczne, wydajność fotosyntezy i wrażliwość na światło lub warunki hodowli mogą być ujawnione przez profile emisji fluorescencji pigmentów, dzięki dokładnym zmianom w ich transferze energii lub pułapkowaniu5,6,7,8.
Autofluorescencja związków komórkowych może być używana jako marker do cytodiagnozy lub jako naturalny wskaźnik stanu komórkowego lub metabolizmu w odpowiedzi na sygnały zewnętrzne i wewnętrzne poprzez zmiany w emisji9. Może być również używany do rozróżniania taksonomicznie różnych grup organizmów fotosyntetyzujących10. W zależności od pozycji filogenetycznej mikroorganizmów fototroficznych można znaleźć różne cechy fluorescencji in vivo. W związku z tym kilkakrotnie podjęto próbę identyfikacji taksonomicznej na podstawie charakterystyki fluorescencji fototroficznej in vivo (w tym absorpcji fluorescencji i widm emisyjnych)11,12. Ze względu na różnorodność pigmentów dodatkowych wśród taksonów fitoplanktonu, różnice w długościach fal, przy których stymulowana jest fluorescencja chlorofilu a (Chl a) lub różnice w widmach emisyjnych, mogą być wykorzystane do wywnioskowania taksonomii13. Widma wzbudzenia fluorescencji i emisji in vivo tych próbek opierają się nie tylko na typie glonów, ale także na adaptacji fotosystemu14. Efektywność transferu energii do Chl a, czyli stosunek Chl a do pigmentów dodatkowych, oraz zawartość pigmentu komórkowego są wrażliwe na warunki wzrostu5.
Czerwone algi, szczególnie Chroothece, mają kilka dodatkowych pigmentów fluorescencyjnych - fikobiliproteiny i karotenoidy; te pierwsze koncentrują się w fikobilisomach przyłączonych do tylakoidów chloroplastów. Fikobiliproteiny (fikocyjanina, fikoerytryna i allofikocyjanina) mogą wychwytywać światło o różnych długościach fal i przekazywać je do Chl a, co umożliwia fotosyntezę w bardzo różnych warunkach oświetleniowych i hodowlanych15. Na przykład, gatunki Chroothece mogą rosnąć w jaskiniach lub prawie wyłaniać się w lekko zasolonych strumieniach wapiennych2.
Monochromatyczne światła wpływają na wzrost i skład pigmentu organizmów fotosyntetyzujących i były badane w celu zapobiegania lub kontrolowania wzrostu organizmów fotosyntetycznych w jaskiniach. Mulec i in. wykazali, że czerwone wzbogacone oświetlenie sprzyja rozwojowi sinic, glonów i roślin16. Wcześniejsze badania wykazały również, że zielone światło wpływa na skład pigmentu cyjanobakterii17, podczas gdy inne wykazały, że zielone światło zapobiega wzrostowi większości organizmów fotosyntetycznych, a niektóre cyjanobakterie wykazują zmniejszenie tylakoidów i słabszą średnią intensywność fluorescencji18.
Aby zrozumieć zdolność Chroothece jako organizmu modelowego do pokonywania trudnych warunków, hodowane komórki zostały wystawione na działanie zwiększonego natężenia światła i monochromatycznego światła (zielonego lub czerwonego)15, aby zobaczyć, jak radzi sobie z ciemnymi warunkami w jaskiniach (gdzie dominuje czerwone światło). Przedstawiony w niniejszym dokumencie protokół odtwarza wpływ wyżej wymienionych zmiennych na fikobiliproteiny Chroothece na poziomie komórkowym za pomocą własnej autofluorescencji.
Obecnie fluorescencja jest powszechnie używana jako narzędzie do badania fizjologicznych reakcji roślin naczyniowych, mikroalg, makroglonów i cyjanobakterii13,14,16. Spektralna konfokalna mikroskopia fluorescencyjna jest doskonałym narzędziem do badań in vivo do oceny fizjologii próbek fotosyntetycznych na poziomie pojedynczej komórki10,17,18,19,20, unikając problemów związanych z niskim tempem wzrostu w laboratorium i trudności z uzyskaniem wystarczającej ilości biomasy dla powiązanej biomasy Metody ekstrakcji i biochemicznej8. Po poddaniu komórek działaniu w różnych warunkach hodowli przez 2 tygodnie, można zmierzyć profil skanowania lambda in vivo. Chociaż istnieje kilka publikacji, w których zastosowano różne długości fal wzbudzenia za pomocą obrazowania konfokalnego3,4,10,17, większość fikobiliprotein i Chl a można wykryć za pomocą linii wzbudzenia o długości fali 561 nm, a wykryta emisja mieści się w zakresie od 570 do 760 nm długości fali. Kryteria te zostały oparte na wcześniej przeprowadzonej analizie10 z komercyjnymi czystymi pigmentami (Tabela 1) za pomocą obrazowania konfokalnego i uzyskanych wyników dla różnych gatunków glonów20,21,22.
szt.
Rozdział
TGL
TGL
TGL
TGL
| Pigmenty | λflmax (nm) | λ exc (nm) |
| 351 | 364 | Z numerem 458 | Okręg wyborczy 476 | Z numerem 488 | Okręg wyborczy 514 | Okręg wyborczy 543 | 633 |
| Chl a | 660,9-678,1 | 43,4 ± 1,8 | 11,2 ± 0,2 | 1,8 ± 0,05 | 2,0 ± 0,08 | 12,2 ± 0,7 | 6,0 ± 0,3 | 4,2 ± 0,16 | 80,7 ± 1,5 |
| R-PE | 569,2-583,3 | 5,9 ± 0,6 | 5,9 ± 0,16 | 11,1 ± 0,04 | 42,2 ± 0,3 | 100,0 ± 0 | 90,0 ± 0,3 | 99,2 ± 0,08 | - |
| 652,1-668,6 | - | - | 1,5 ± 0,01 | 3,7 ± 0,04 | 26,7 ± 0,5 | 8,7 ± 0,16 | 11,1 ± 0,16 | 11,3 ± 0,2 |
| C-PC (Komputer Centralny) | 636,2-676,4 | 2,3 ± 0,04 | 1,0 ± 0,01 | 0,6 ± 0,004 | 0,7 ± 0,008 | 2,0 ± 0,08 | 2,0 ± 0,04 | 3,3 ± 0,16 | 33,6 ± 0,9 |
| Pakiet APC-XL | 667,3-683,8 | 15,1 ± 1,5 | 9,6 ± 0,98 | 1,0 ± 0,04 | 1,2 ± 0,08 | 5,9 ± 0,7 | 4,1 ± 0,5 | 23,2 ± 3,5 | 91,4 ± 2,3 |
Tabela 1: Czysta informacja o pigmentach użyta do przeprowadzenia analizy skanowania lambda. Poniższa tabela przedstawia piki emisji i maksima pasma ramion/fluorescencji różnych fluorochromów/pigmentów za pomocą spektrofotometrii obrazowania konfokalnego dla wszystkich długości fal wzbudzenia oraz procentowy udział emisji światła przez pigmenty/fluorochromy. Wartości obliczono według wzoru: = MIF*100/255. Każda wartość jest średnią ± SE (średnia ± błąd standardowy od średniej). Do kalibracji konfokalnego skaningowego mikroskopu laserowego użyto czystych pigmentów w następujący sposób1,2,10. Chlorofil a otrzymywano ze Spinacia oleracea, R-fikoerytrynę (R-PE) z Porphyra tenera, a C-fikocyjaninę (C-PE) ze Spirulina sp. Wszystkie gatunki rozpuszczono w przefiltrowanej wodzie destylowanej. Allofikocyjaninę-XL (APC-XL) otrzymano z Mastigocladus laminosus, którą rozpuszczono w siarczanie amonu (60%) i fosforanie potasu (pH = 7) do uzyskania stężenia 38 mM. Skany wykonano z 400 μl każdego roztworu pigmentu (stężenie 1 mg/ml) przy użyciu 8-dołkowej komory dolnej ze szkła.
Badanie pojedynczej długości fali wzbudzenia jest dość użytecznym pierwszym przybliżeniem. W tym przypadku konieczne jest jednak wyjaśnienie względnego udziału różnych kompleksów w sygnale fluorescencyjnym, co jest zalecane między innymi do przeprowadzenia współczynnika fluorescencji lub analizy widma na kilku długościach fal
.