EnglishSvenskaNorsk
Change search
ExportLink to record
Permanent link

Direct link
BETA

Project

Project type/Form of grant
Project grant
Title [sv]
Identifiering av en ny marin form av endosymbios som modell för studier av plastiders ursprung
Title [en]
Identifying a new marine endosymbiosis as a model to study the origin of plastids
Abstract [sv]
Endosymbios är den mest intima formen av symbios. Det representerar ett förhållande mellan två celler där den ena är helt innesluten i den andra, och över tiden blir de mycket beroende av varandra. Endosymbios har varit kritisk för livets utveckling, särskilt för utvecklingen av eukaryoter - de komplexa organismerna som djur och växter som omsluter deras genetiska material i en kärna. Antagligen skulle eukaryoter inte existera om det inte varit en endosymbios mellan två prokaryota celler som resulterade i mitokondrier, alla eukaryota cellers kraftverk. Endosymbios har också gjort det möjligt för vissa eukaryoter att utföra fotosyntes, vilket är processen som omvandlar ljusenergin från solen till kemisk energi. Det är en grundläggande process för livet som har förändrat jordens biokemi genom att driva globala processer som omvandling av kol och som producerar våra livsmedel genom primärproduktion. Fotosyntes sker i en speciell del av algernas celler som kallas plastider eller kloroplaster - de fotosyntetiska organellerna hos eukaryoter. Eukaryoter förvärvade först plastider genom endosymbios med fotosyntetiska bakterier (så kallade cyanobakterier), i en avgörande händelse som beräknas ha inträffat tidigt i utvecklingen av eukaryoter, för nästan två miljarder år sedan. Plastider förvärvades sedan av avlägset besläktade grupper vid flera tillfällen genom att en fotosyntetisk eukaryot togs upp av en annan eukaryot – denna process har spridit fotosyntetiska förmågor över eukaryoternas livsträd. Dessa eukaryota endosymbioser har lett till utvecklingen av dominerande alger i haven, till exempel kelp, kiselalger, dinoflagellater och haptofyter. Även apikomplexanparasiter (till exempel malariaparasiten Plasmodium), fast nu icke-fotosyntetiska, har behållit en plastid som förvärvats av eukaryot endosymbios som förblir nödvändig för biologin hos dessa parasiter. Trots de kritiska roller som plastider spelade under eukaryotutvecklingen har många grundläggande aspekter av deras ursprung förblivit okända. Denna brist på förståelse beror till stor del på att dessa endosymbiotiska partnerskap är så gamla att de flesta ledtrådar om deras ursprung har gått förlorade. Detta är anledningen till att studien av de senaste partnerskapen är så viktig - eftersom den kan avslöja annars dolda detaljer om de steg som resulterade i cellulär integration av plastider. Men saken är: väldigt få nya plastiska endosymbioser är kända och nya upptäcks bara sällan. I det beskrivna projektet föreslår jag att undersöka en länge känd men svårfångad mikrobiell endosymbios i marina livsmiljöer som kan representera bildandet av nya plastider. Meringosphaera är värdcellernas namn och i över hundra år, ända sedan de först beskrevs, har dessa organismer ansetts vara alger - fotosyntetiska - men deras evolutionära ursprung har förblivit en gåta. Deltagarna i detta projekt identifierade nyligen Meringosphaera vid den svenska västkusten och använde encelliga isolat för att erhålla de första molekylära data från detta släkte. Dessa sekvenser avslöjade oväntat att Meringosphaera i själva verket tillhör en exklusiv grupp av encelliga jägare som intar sin föda genom att äta andra celler - så inte fotosyntetiska - men att Meringosphaera-celler själva verkligen innehåller permanenta fotosyntetiska endosymbioner som liknar fritt levande alger. Denna upptäckt kräver nya omfattande data för att exakt identifiera och isolera endosymbiontens närmast frilevande släktingar och bedöma deras nivåer av cellulär, genetisk och metabolisk integration för att avgöra om de kan betraktas som bona fide organeller. Med det föreslagna projektet kommer vi att uppnå dessa mål baserat på prover från naturliga populationer och med hjälp av en kombination av avancerad bildanalys och genomiska metoder.
Abstract [en]
Endosymbioses are intimate partnerships that had profound impact on the diversification of life. The evolution of plastids (photosynthetic organelles) by endosymbiosis led to the diversification of algae and land plants that fuel global biogeochemical processes such as carbon cycling. Despite this importance, the steps that transformed free-living organisms into photosynthetic organelles remain poorly understood, in large parts because of the antiquity of plastid origins. Here, we will test whether an elusive endosymbiosis in marine single cells named Meringosphaera represents a striking case of recent plastid origin. The participants in this project have established a protocol to isolate Meringosphaera from natural populations on the Swedish West coast. We showed that these cells belong to a large clade of exclusively heterotrophic species, notwithstanding the sustained presence of photosynthetic endosymbionts. This result urgently calls for new data to determine whether the endosymbiont of Meringosphaera are indeed fully integrated plastids, which we will achieve using metagenomics, single-cell genomics, high-resolution microscopy and stable isotope probing. The combination of these advanced methods will reveal the levels of cellular, genetic, and metabolic integration of the endosymbionts, as well as architectural adaptations to the intracellular environment. By determining the nature of a new endosymbiosis, we will greatly advance the understanding of organellogenesis.
Principal InvestigatorBurki, Fabien
Foster, Rachel
Delmont, Tom
Coordinating organisation
Uppsala University
Funder
Period
2022-01-01 － 2025-12-31
National Category
MicrobiologyBioinformatics and Systems BiologyEvolutionary Biology
Identifiers
DiVA, id: project:8679Project, id: 2021-04055_VR
v. 2.47.0
|
WCAG
|
Stockholm University Library
|
DiVA portal
|
DiVA Contact
|
DiVA Log in