Le adattamenti plastidiali dei dinoflagellati Kareniaceae

Nel mondo dei piccoli organismi, alcuni hanno un modo unico di condurre la fotosintesi usando strutture cellulari speciali chiamate Plastidi. Un gruppo di questi organismi, chiamato Kareniaceae, ha tratti affascinanti per quanto riguarda i plastidi che possiedono. Questo articolo esplora come i dinoflagellati Kareniaceae si siano adattati e mantenuti i loro plastidi, che provengono da alghe haptophyte, e come queste adattamenti li aiutano a sopravvivere e a funzionare nei loro ambienti.

#Tipi di plastidi in Kareniaceae

I dinoflagellati Kareniaceae mostrano una varietà di plastidi. Alcuni hanno il tipo originale di plastidi noto come plastidi peridinin, che è caratteristico dei dinoflagellati. Altri possono acquisire plastidi temporanei dalle loro fonti di cibo haptophyte. Infine, alcune specie hanno plastidi stabili che sono completamente integrati dalle alghe haptophyte. Questa varietà nei tipi di plastidi suggerisce un processo continuo in cui un dinoflagellato può sostituire il suo plastide originale con nuovi provenienti da haptophyte per una migliore fotosintesi.

Questi plastidi stabili in alcune specie di Kareniaceae non hanno alcun residuo di organelli haptophyte, il che significa che si affidano interamente ai loro dinoflagellati ospiti per ottenere le proteine necessarie per il loro corretto funzionamento. I plastidi negli haptophyte sono avvolti in quattro membrane, richiedendo un insieme di strutture specifiche chiamate transloconi per importare le proteine necessarie affinché i plastidi funzionino.

#Il ruolo dei transloconi

I transloconi sono essenziali per muovere le proteine dal nucleo della cellula ai plastidi. Nella famiglia Kareniaceae, i ricercatori hanno esaminato quanto di questa macchina per l'importazione di proteine fosse ereditata dagli haptophyte e come aiuti con l'integrazione di questi nuovi plastidi.

Le membrane interne dei plastidi condividono un'origine comune dagli antenati degli organismi fotosintetici. In Kareniaceae, hanno trovato componenti chiave del sistema di Translocone che permettono alle proteine di entrare nei plastidi. Hanno creato e analizzato dati RNA-seq per studiare diverse specie di Karlodinium, Karenia e Takayama. L'analisi ha mostrato che componenti specifici di questi transloconi erano preservati in Kareniaceae e strettamente correlati a quelli trovati negli haptophyte.

Tuttavia, un componente chiave del translocone spesso trovato negli haptophyte, chiamato Toc75, era assente in Kareniaceae. Nonostante questo, altri componenti come Tic22 sono stati trovati e raggruppati con le versioni haptophyte, rafforzando l'idea che alcuni sistemi di importazione di proteine dagli haptophyte siano stati mantenuti in questi dinoflagellati.

#SELMA: Un sistema di trasporto proteico speciale

Un altro sistema critico per trasportare le proteine si chiama SELMA, che si basa su macchinari che tipicamente aiutano a rimuovere proteine difettose dal reticolo endoplasmatico della cellula. I ricercatori hanno proposto che i componenti di SELMA siano stati riutilizzati per aiutare a muovere le proteine nei plastidi.

La presenza di questo sistema SELMA è osservata in alcuni gruppi di dinoflagellati, inclusi quelli all'interno di Kareniaceae. I ricercatori hanno trovato che alcune proteine SELMA, come Cdc48, Der1 e Uba1, erano ereditate dagli haptophyte, dimostrando che questi dinoflagellati possono ancora utilizzare questo innovativo sistema di trasporto.

#La struttura dei plastidi in Kareniaceae

Studiano la struttura fisica dei plastidi di Kareniaceae, gli scienziati hanno usato tecniche di imaging avanzate per vedere quante membrane circondavano questi plastidi. I risultati hanno mostrato che questi plastidi mantennero quattro membrane distinte, indicando che l'integrazione dei plastidi derivati da haptophyte non ha portato a membrane aggiuntive.

Questa scoperta è importante perché suggerisce che i transloconi ereditati dagli haptophyte fossero sufficienti per l'importazione delle proteine senza la necessità di sistemi più complessi.

#Mantenere un legame con i plastidi ancestrali

Interessantemente, mentre studiavano i plastidi in Kareniaceae, i ricercatori hanno trovato residui dei plastidi ancestrali peridinin insieme ai plastidi derivati da haptophyte. Questa coesistenza suggerisce che entrambi i tipi di plastidi siano ancora funzionali all'interno di questi dinoflagellati. Analizzando i materiali genetici, è diventato chiaro che i plastidi con peridinin mancavano delle proteine SELMA, indicando che operano in modo diverso rispetto ai plastidi derivati da haptophyte.

#Evoluzione continua dei plastidi

In alcune specie di Kareniaceae, i ricercatori hanno trovato esempi di sostituzione dei plastidi, il che significa che questi organismi possono assorbire nuovi tipi di plastidi nel tempo. Hanno scoperto che i plastidi in Karlodinium armiger e Takayama helix sono più strettamente correlati a diverse specie di haptophyte piuttosto che ad altre specie all'interno dei loro stessi gruppi. Questo indica un ciclo continuo di acquisizione di plastidi e condivisione di geni tra organismi strettamente correlati.

Mentre alcune specie hanno mantenuto i geni necessari per i loro nuovi plastidi, altre hanno perso il loro sistema SELMA, il che potrebbe suggerire che siano tornate a una forma di plastide più semplice simile ai loro antenati.

#Plastidi temporanei e trasferimento genico orizzontale

Una specie, il Dinoflagellato del Mare di Ross, è unica perché manca di plastidi stabili derivati da haptophyte. Invece, mantiene plastidi temporanei che cattura dalle sue fonti di cibo haptophyte. Anche se alcuni geni haptophyte sono stati trovati nel suo materiale genetico, i ricercatori hanno notato che non c'era espressione di proteine SELMA o translocon essenziali. Questo evidenzia che l'importazione proteica in questo caso dipende esclusivamente dalle proteine acquisite quando il dinoflagellato cattura la sua preda.

#Osservazioni in altri dinoflagellati

Un altro gruppo di dinoflagellati, i Kryptoperidiniaceae, mantiene anch'esso plastidi alternativi ma da diatomee. In modo distintivo, questi dinoflagellati hanno una membrana aggiuntiva che circonda i loro plastidi, risultando in una quinta membrana più esterna. Curiosamente, il targeting delle proteine verso questi plastidi non sembra essere stabilito, poiché si affidano al nucleo della diatomea per codificare le proteine necessarie. I ricercatori hanno notato che questi dinoflagellati hanno anche ereditato ulteriori sistemi di controllo della qualità delle proteine dai loro partner diatomei.

#Conclusione

Lo studio dei dinoflagellati Kareniaceae offre prospettive interessanti su come diversi tipi di plastidi possano coesistere e funzionare all'interno di un unico organismo. Sono riusciti a mantenere e utilizzare i componenti necessari per il trasporto proteico dalle loro origini haptophyte, mantenendo anche aspetti dei loro plastidi ancestrali.

Il continuo ciclo e la sostituzione dei plastidi, come visto in varie specie, sottolineano la natura dinamica di questi adattamenti e il potenziale per un'evoluzione continua. In sintesi, i risultati evidenziano una straordinaria capacità di questi organismi di adattare i loro processi fotosintetici nel tempo, illustrando le complessità all'interno del mondo intricato dei microrganismi marini e dei loro organelli.