При поддержке грантов РНФ Учеными из ИФР имени К. А. Тимирязева РАН (Москва) и Института биологии внутренних вод имени И. Д. Папанина РАН (Ярославль) были выделены и описаны новые для науки виды диатомовых водорослей из рода Pinnularia

20 сентября 2022

В рамках выполнения работ по гранту РНФ 19-14-00320, а именно изучения разнообразия диатомовых водорослей почв Вьетнама, было выделено 8 штаммов микроводорослей, которые, согласно первичному морфологическому анализу, относились к роду Pinnularia. В дальнейшем детальное изучение особенностей морфологии с помощью световой микроскопии и ультраструктуры клеток с использованием сканирующего электронного микроскопа, а также исследование их филогенетического положения с помощью нуклеотидных последовательностей ядерного гена 18S рРНК и хлоропластного гена rbcL, позволило установить, что выделенные штаммы представляют новые для науки виды из рода Pinnularia. По результатам исследований было описано 6 новых видов диатомовых водорослей из почв Вьетнама.

Для оценки биотехнологической перспективности выделенных штаммов новых для науки видов диатомовых водорослей был проведен анализ состава жирных кислот в их биомассе в пределах задач гранта РНФ 20-74-10076. Исследования проводили во время стационарной фазы культивирования штаммов, которая у большинства микроорганизмов сопровождается переключением на катаболизм белков и жиров, а также экспрессию генов, отвечающих за биосинтез энзимов репарации, метаболизм антиоксидантов и транспорт нутриентов. Установлено, что доминирующими жирными кислотами в данных водорослях, культивируемых на среде Waris-H+Si, были насыщенные стеариновая (36,0–64,4%) и пальмитиновая (20,1–30,4%), а также мононенасыщенная пальмитолеиновая (до 20,8%) кислоты. Подытожено, что высокое содержание насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот в биомассе делает новые штаммы Pinnularia перспективным сырьем для производства биотоплива.

Pinnularia — это один из самых многочисленных родов диатомовых водорослей. Анализ современной литературы показывает, что на сегодняшний день род включает 1432 видовых и 1476 внутривидовых эпитета, из которых 1403 таксономически принятые. Представители Pinnularia повсеместно встречаются в пресных водах и почвах, достигая наибольшего разнообразия в тропиках. Представителей Pinnularia часто упоминают как наиболее разнообразную группу в почвенных сообществах водорослей, так как многие ее виды относятся к космополитам. Многочисленные виды Pinnularia отмечены в почвах еловых лесов средней и южной тайги и вулканических почвах Камчатки, Россия. Несколько видов Pinnularia были идентифицированы как доминирующие таксоны в почвах Польши, Люксембурга, Японии. Наше исследование является пионерным в изучении разнообразия в почвах Вьетнама.

Актуальность изучения диатомовых водорослей связана с их широкой представленностью в большинстве биотопов планеты — они встречаются как в наземных и воздушных местообитаниях, так и в водных, при этом внося существенный вклад в продуктивность океанов и пресных вод. Большое разнообразие диатомовых водорослей делает их отличными индикаторами при установлении экологических показателей качества среды обитания. В тоже время штаммы диатомовых водорослей имеют широкие возможности биотехнологического использования, в первую очередь как продуценты таких важных органических соединений как жирные кислоты, пигменты, витамины и др. При этом состав жирных кислот в клетках почвенных диатомовых водорослей остается практически не изученными. Немногочисленные работы посвящены морским видам, особенно Phaeodactylum tricornutum, богатым пальмитиновой, пальмитолеиновой и эйкозапентаеновой кислотами. Другая морская диатомовая водоросль, Thalassiosira weissflogii также богата ненасыщенными пальмитолеиновой и эйкозапентаеновой кислотами. Несмотря на имеющийся прогресс в исследованиях состава жирных кислот морских диатомей, подобные исследования, посвященные почвенным видам, крайне редки. При этом данные о профиле жирных кислот такого распространенного рода как Pinnularia полностью отсутствовали до наших исследований. В связи с этим определение состава жирных кислот восьми штаммов Pinnularia является серьезным продвижением в понимании особенностей физиологических и биохимических процессов у почвенных диатомей. Наши результаты станут основой при дальнейшем поиске продуцентов биологически активных метаболитов среди почвенных микроорганизмов.

Рис. 1. Место отбора проб — территория муссонных тропических лесов Вьетнама, провинция Đồng Nai, Национальный парк Кат Тьен.

Рис. 2. Один из новых описанных видов диатомовых водорослей — Pinnularia paradubitabilis. Микрофотография сделана с помощью светового микроскопа.

Рис. 3. Один из новых описанных видов диатомовых водорослей — Pinnularia paradubitabilis. Микрофотография сделана с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Статья:

Kezlya E., Maltsev Y., Genkal S., Krivova Z., Kulikovskiy M. Phylogeny and fatty acid profiles of new Pinnularia (Bacillariophyta) species from soils of Vietnam // Cells. — 2022. — 11(15). — 2446. DOI: 10.3390/cells11152446

https://www.mdpi.com/2073-4409/11/15/2446

Проект РНФ: «Генетическая и эколого-биохимическая паспортизация и разработка оптимальных технологий культивирования водорослей и цианобактерий для получения биологически активных метаболитов», № 20-74-10076

Руководитель — к.б.н., доц. Мальцев Евгений Иванович (ye.maltsev@gmail.com, +79030093587)

Должность — ведущий научный сотрудник

Организация — Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева

Проект РНФ: «Современная система морских и пресноводных диатомовых водорослей (Achnanthales, Naviculales): синтез морфологических и молекулярных данных», № 19-14-00320

Руководитель — д.б.н., Куликовский Максим Сергеевич (max-kulikovsky@yandex.ru)

Должность — главный научный сотрудник

Организация — Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева