Wetenschappers hebben een seksueel reproductieproces ontdekt in microalgen dat hen helpt om algen en de evolutie van planten beter te begrijpen. Hun ontdekking zou kunnen leiden tot nieuwe industriële toepassingen voor microalgen, variërend van afvalwaterzuivering tot productie van voedselingrediënten en pigmenten.

Het Japanse onderzoeksteam publiceerde hun bevindingen in de Proceedings of the National Academy of Sciences de week van 3 oktober 2022.

Het team voerde hun studies uit op Galdieria, een eencellige soort rode microalgen die wordt aangetroffen in warmwaterbronnen met zwavelzuur over de hele wereld en waarvan wordt verwacht dat ze een belangrijke voedingsbron voor mensen zullen zijn. Microalgen hebben een hoog koolstofdioxide-bindend vermogen. Deze fixatie is het proces waarbij de kooldioxide wordt omgezet in organische verbindingen. Het fixatievermogen van microalgen is hoger dan dat van planten en microalgen bevatten hogere concentraties eiwitten, vitamines en pigmenten. De afgelopen jaren hebben onderzoekers en bedrijven gewerkt aan de ontwikkeling van de snelgroeiende Galdieria als industriële bron van vitamines en pigmenten.

Galdieria is vrij veelzijdig, in staat om zijn eigen energie te maken door middel van fotosynthese, met behulp van licht en koolstofdioxide. Het gebruikt een mix van verschillende energie- en koolstofbronnen en verkrijgt zijn voedingsstoffen door extracellulaire suikers of suikeralcoholen te consumeren. Galdieria kan ook hogere niveaus van zout en zware metalen verdragen dan veel andere microalgen. Toch is de genoomgrootte van Galdieria erg klein.

Vanwege de veelzijdigheid van Galdieria beschouwen wetenschappers het als een opkomend systeem voor biotechnologische toepassingen. Omdat Galdieria echter wordt omgeven door een dikke en stijve celwand, vereist het energie-intensieve fysieke verwerking om de cellulaire inhoud ervan te extraheren. De celwand belemmert ook het genetisch modificeren van de Galdieria.

Tijdens hun onderzoek ontdekte het team dat de bekende celwandvorm van Galdieria een diploïde is, een type cellen dat twee complete sets chromosomen bevat. Wanneer deze diploïden echter worden blootgesteld aan een specifieke omgeving, wordt een celwandloos haploïde geproduceerd en bevat het wandloze haploïde slechts één set chromosomen.

Om hun onderzoek voort te zetten, slaagde het team erin het celwandloze haploïde stabiel te verspreiden en het haploïde terug om te zetten in een diploïde. "Zo ontdekten we een seksueel reproductieproces in microalgen dat vroeg in de evolutie van algen en planten ontstond", zegt Shunsuke Hirooka, een projectassistent-professor bij het National Institute of Genetics, Japan

"We hebben met succes een genetische modificatietechniek voor Galderia ontwikkeld door gebruik te maken van de celwandloze haploïde. De procedure maakt het mogelijk om 'zelfklonende' lijnen te genereren die geen heterologe DNA-sequentie bevatten voor industrieel gebruik. We zijn er bijvoorbeeld in geslaagd om blauwgekleurde algen (blauw is de kleur van fycocyanine, dat wordt gebruikt als een natuurlijke blauwe kleurstof in bepaalde voedingsproducten), die van nature niet bestaat", zegt Shin-ya Miyagishima, een professor bij het National Institute of Genetics, Japan.

De bevindingen van het team zijn significant, want hoewel seksuele reproductie ook wordt gevonden in sommige eencellige algen, de voorouders van planten, is seksuele reproductie nooit gevonden in veel eencellige algen die vroeg in de evolutie opkwamen. "Er is aangenomen dat deze eencellige algen zich alleen vermenigvuldigen door celdeling of ongeslachtelijke voortplanting, en de oorsprong en het evolutionaire proces van seksuele voortplanting in algen en planten zijn onduidelijk", zei Hirooka.

Vooruitkijkend denken de onderzoekers dat hun bevindingen het evolutionaire proces en de oorsprong van seksuele voortplanting in algen en planten verder zullen helpen verduidelijken. De ontdekkingen van het team bieden de mogelijkheid om opwindende toekomstige toepassingen voor de microalg Galdieria te ontsluiten.

"De haploïde die in deze studie is ontdekt, heeft hetzelfde groeipotentieel als de diploïde, en de inhoud ervan kan gemakkelijk worden geëxtraheerd en genetisch gemodificeerd, wat industrieel gebruik van Galdieria vergemakkelijkt, en zal naar verwachting geavanceerde vormen van gebruik van microalgen creëren, zoals vaccinbevattende voer met algen die virale eiwitten tot expressie brengen als antigenen," zei Miyagishima. + Verder verkennen

De belofte van superalgen Galdiera:van vulkanische bronnen tot op je bord