Stress resistance of polar hydro-terrestrial algae Zygnema spp. (Zygnematophyceae, Streptophyta)

Abstract

Vláknité zelené řasy rodu Zygnema patří mezi nejhojnější primární producenty v polárním hydro-terestrickém prostředí. V těchto nestabilních habitatech jsou organismy vystaveny celé řadě stresových faktorů, jako například cyklickému zamrzání a tání, vysychání nebo nadměrné ozářenosti. Přesto existuje jen málo studií, které se zabývají výzkumem mechanismů stresové odolnosti, které těmto řasám umožňují přežít v extrémním prostředí. Předkládaná práce proto studuje polární zástupce rodu Zygnema v různých stresových podmínkách, a to s využitím jak přírodních vzorků, tak kultur. Kromě toho zde byly použity metody molekulární fylogenetiky, které přinášejí vůbec první poznatky o diverzitě těchto řas v polárních oblastech. Sekvenování chloroplastového genu rbcL odhalilo několik rozrůzněných linií v rámci rodu Zygnema a přineslo i překvapivý nález jednoho druhu Zygnemopsis sp., jehož morfologie je ve vegetativním stavu neodlišitelná od řas rodu Zygnema. První sada experimentů studovala vliv UV záření na vybrané polární kmeny rodu Zygnema. Ukázalo se, že zkoumané řasy produkují fenolické látky, které mají schopnost pohlcovat UV záření. Tyto látky jsou pravěpodobně uloženy ve vakuolách a dalších váčcích při okraji buňky, čímž chrání ostatní organely. Další studie se zabývala přírodními populacemi řas Zygnema...

Filamentous green microalgae of the genus Zygnema belong to the most common primary producers in the polar hydro-terrestrial environment. In such unstable habitats, organisms are subject to various stress factors, e.g., freeze-thaw cycles, desiccation and high irradiation levels. However, the stress resistance mechanisms that enable Zygnema spp. to thrive in this extreme environment are only partially understood. Therefore, polar Zygnema spp. were examined under various stress conditions using both field samples and cultures. Moreover, molecular phylogeny methods were applied that provided first insights into the diversity of polar Zygnema. Sequencing of the chloroplast gene rbcL revealed several different Zygnema genotypes and, surprisingly, one Zygnemopsis sp. with vegetative Zygnema sp. morphology. First set of experiments examined the effects of UV exposure. It turned out that polar strains of Zygnema produce phenolic substances as UV screens. These substances are most likely stored in vacuoles and other vesicles at the cell periphery, providing protection for other organelles. In the next study, Zygnema spp. were investigated under natural conditions in the Arctic. At the end of summer, the cells gradually lose their typical vegetative appearance (with large vacuoles and stellate chloroplasts)...