A carregar...
Publicação
Unravelling mixotrophy in dinoflagellates: connecting transcript analysis to physiological rate measurements across light intensities
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.42 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Mixotrophy, the fusion between photosynthesis and phagotrophy within a single cell, is a dominant nutritional strategy in marine plankton, conferring a significant competitive advantage in variable environments. However, the molecular mechanisms regulating the balance between these two metabolic pathways remain poorly understood. This dissertation investigated the physiological and molecular regulation of the dinoflagellate Karlodinium veneficum under three different light regimes of 7, 45, and 300 PAR.m⁻².s⁻¹ under contrasting trophic strategies, by comparing autotrophy against mixotrophy utilizing Rhodomonas salina as prey.
Through an integrative approach, physiological rates (growth, ingestion, respiration, photosynthesis) were quantified, cellular energy allocation (lipids, carbohydrates, ATP) and the expression of key metabolic genes were analysed. The results revealed that a light intensity of 45 μmol PAR.m⁻².s⁻¹ represents the metabolic optimum for mixotrophy, maximizing ingestion rates and photosynthetic efficiency. Unexpectedly, autotrophic growth exceeded mixotrophic growth, suggesting energetic costs associated with predation. Nevertheless, mixotrophic cells demonstrated a higher capacity for energy reserve accumulation and superior photosynthetic rates, indicating a metabolic synergy where prey ingestion enhances the photosynthetic machinery.
Connecting transcript analysis to physiological rates, the molecular data provided a mechanistic explanation for the observed metabolic strategy. The transcriptional stability of phosphoribulokinase, prk, underpinned the sustained photosynthetic rates and ATP production observed across trophic modes, confirming that the Calvin cycle operates constitutively and is not repressed by feeding. Simultaneously, the apparent downregulation of cytochrome c oxidase subunit I, cox1, under mixotrophy aligned with the physiological increase in gross oxygen production efficiency. This inverse relationship suggests that prey ingestion alleviates the respiratory burden of biosynthesis, allowing the cell to maximize photosynthetic output with reduced mitochondrial investment. This study highlights the complexity of mixotrophic regulation and underscores the importance of integrating molecular and physiological tools to understand the role of these organisms in marine ecosystem.
Mixotrofia, a fusão entre a fotossíntese e a fagotrofia numa única célula, é uma estratégia nutricional dominante no plâncton marinho, conferindo uma vantagem competitiva significativa em vários ambientes. No entanto, os mecanismos moleculares que regulam o equilíbrio entre estas duas vias metabólicas permanecem pouco estudados. Esta dissertação investigou a regulação fisiológica e molecular do dinoflagelado Karlodinium veneficum sob três regimes de luz de 7, 45 e 300 PAR.m⁻².s⁻¹ em estratégias tróficas contrastantes, comparando a autotrofia com a mixotrofia utilizando Rhodomonas salina como presa. Através de uma abordagem integrativa, foram quantificadas as taxas fisiológicas (crescimento, ingestão, respiração, fotossíntese) e analisadas a alocação de energia celular (lípidos, hidratos de carbono, ATP) e a expressão de genes metabólicos chave. Os resultados revelaram que uma intensidade luminosa de 45 PAR.m⁻².s⁻¹ representa os melhores resultados metabólicos para a mixotrofia, maximizando as taxas de ingestão e a eficiência fotossintética. Todavia, o crescimento autotrófico foi superior ao crescimento mixotrófico, sugerindo custos energéticos associados à predação. Por contraste, as células mixotróficas demonstraram uma maior capacidade de acumulação de reservas energéticas e taxas fotossintéticas superiores, indicando uma sinergia metabólica onde a ingestão de presas potencia a maquinaria fotossintética. Ao analisar a expressão genética à luz dos dados fisiológicos, surge uma explicação interessante para a estratégia metabólica observada. A estabilidade transcricional da fosforibulocinase, prk, sustentou as taxas fotossintéticas e a produção de ATP mantidas entre os diferentes modos tróficos, confirmando que o ciclo de Calvin opera constitutivamente e que não é reprimido pela alimentação. Simultaneamente, a aparente diminuição da expressão da subunidade I do citocromo c oxidase, cox1, em organismos mixotróficos alinhou-se com o aumento fisiológico da eficiência da produção bruta de oxigénio. Esta relação inversa sugere que a ingestão de presas alivia a carga respiratória da biossíntese, permitindo à célula maximizar o rendimento fotossintético com um investimento mitocondrial reduzido. Este estudo destaca, portanto, a complexidade da regulação mixotrófica e sublinha a importância de integrar ferramentas moleculares e fisiológicas para compreender o papel destes organismos no ecossistema marinho.
Mixotrofia, a fusão entre a fotossíntese e a fagotrofia numa única célula, é uma estratégia nutricional dominante no plâncton marinho, conferindo uma vantagem competitiva significativa em vários ambientes. No entanto, os mecanismos moleculares que regulam o equilíbrio entre estas duas vias metabólicas permanecem pouco estudados. Esta dissertação investigou a regulação fisiológica e molecular do dinoflagelado Karlodinium veneficum sob três regimes de luz de 7, 45 e 300 PAR.m⁻².s⁻¹ em estratégias tróficas contrastantes, comparando a autotrofia com a mixotrofia utilizando Rhodomonas salina como presa. Através de uma abordagem integrativa, foram quantificadas as taxas fisiológicas (crescimento, ingestão, respiração, fotossíntese) e analisadas a alocação de energia celular (lípidos, hidratos de carbono, ATP) e a expressão de genes metabólicos chave. Os resultados revelaram que uma intensidade luminosa de 45 PAR.m⁻².s⁻¹ representa os melhores resultados metabólicos para a mixotrofia, maximizando as taxas de ingestão e a eficiência fotossintética. Todavia, o crescimento autotrófico foi superior ao crescimento mixotrófico, sugerindo custos energéticos associados à predação. Por contraste, as células mixotróficas demonstraram uma maior capacidade de acumulação de reservas energéticas e taxas fotossintéticas superiores, indicando uma sinergia metabólica onde a ingestão de presas potencia a maquinaria fotossintética. Ao analisar a expressão genética à luz dos dados fisiológicos, surge uma explicação interessante para a estratégia metabólica observada. A estabilidade transcricional da fosforibulocinase, prk, sustentou as taxas fotossintéticas e a produção de ATP mantidas entre os diferentes modos tróficos, confirmando que o ciclo de Calvin opera constitutivamente e que não é reprimido pela alimentação. Simultaneamente, a aparente diminuição da expressão da subunidade I do citocromo c oxidase, cox1, em organismos mixotróficos alinhou-se com o aumento fisiológico da eficiência da produção bruta de oxigénio. Esta relação inversa sugere que a ingestão de presas alivia a carga respiratória da biossíntese, permitindo à célula maximizar o rendimento fotossintético com um investimento mitocondrial reduzido. Este estudo destaca, portanto, a complexidade da regulação mixotrófica e sublinha a importância de integrar ferramentas moleculares e fisiológicas para compreender o papel destes organismos no ecossistema marinho.
Descrição
Palavras-chave
Mixotrophy Karlodinium veneficum Metabolism Regulation Abiotic Variations Physiology Differential Gene Expression