Накопление астаксантина в клетках Haematococcus pluvialis, индуцированное дефицитом азота и светом высокой интенсивности

  • Татьяна Викторовна Самович Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Руслан Геннадьевич Гончарик Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-2839-5214
  • Елизавета Ивановна Печенкина Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0003-0757-2872
  • Евгений Викторович Вязов Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0001-9750-2792
  • Николай Владимирович Козел Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0003-2958-7645
DOI: https://doi.org/10.33581/2521-1722-2020-3-37-45

Аннотация

Установлено, что азотная недостаточность, инициированная на стадии покоя Haematococcus pluvialis (H. pluvialis), в сочетании со светом высокой интенсивности не является эффективным стрессовым фактором для индукции накопления астаксантина в клетках водоросли. Содержание астаксантина в клетках H. Pluvialis при отсутствии азота было ниже, чем в образцах, культивируемых на полной среде Рудика, независимо от интенсивности освещения. Данный факт указывает на необходимость наличия некоторого количества азота в среде для функционирования системы синтеза данного пигмента. Кроме того, низкий выход астаксантина в вариантах опыта с использованием неполной среды Рудика, помимо недостатка азота для его биосинтеза, связан также со снижением уровня экспрессии гена PSY, кодирующего ключевой фермент цепи биосинтеза каротиноидов ‒ фитоенсинтазу.

Биографии авторов

Татьяна Викторовна Самович, Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат биологических наук; старший научный сотрудник лаборатории биофизики и биохимии растительной клетки

Руслан Геннадьевич Гончарик , Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник лаборатории биофизики и биохимии растительной клетки

Елизавета Ивановна Печенкина , Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник лаборатории биофизики и биохимии растительной клетки

Евгений Викторович Вязов , Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат биологических наук; старший научный сотрудник лаборатории биофизики и биохимии растительной клетки

Николай Владимирович Козел, Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат биологических наук; заведующий лабораторией биофизики и биохимии растительной клетки

Литература

  1. Hagen C, Grünewald K, Schmidt S, Müller J. Accumulation of secondary carotenoids in flagellates of Haematococcus pluvialis (Chlorophyta) is accompanied by an increase in per unit chlorophyll productivity of photosynthesis. European Journal of Phycology. 2000;35(1):75‒82. DOI: 10.1080/09670260010001735651.
  2. Shimidzu N, Goto M, Miki W. Carotenoids as singlet oxygen quenchers in marine organisms. Fisheries Science. 1996;62(1): 134–137. DOI: 10.2331/fishsci.62.134.
  3. Guerin M, Huntley ME, Olaizola M. Haematococcus astaxanthin: applications for human health and nutrition. Trends in Biotechnology. 2003;21(5):210–216. DOI: 10.1016/S0167-7799(03)00078-7.
  4. Yuan J-P, Chen F. Identification of astaxanthin isomers in Haematococcus lacustris by HPLC-photodiode array detection. Biotechnology Techniques. 1997;11(7):455–459. DOI: 10.1023/A:1018441411746.
  5. Carlsson AS, van Beilen JB, Möller R, Clayton D. Micro- and macro-algae: utility for industrial applications. Outputs from EPOBIO project. Bowles D, editor. Newbury: CPL Press; 2007. 86 p.
  6. Han D, Li Y, Hu Q. Astaxanthin in microalgae: pathways, functions and biotechnological implications. Algae. 2013;28(2): 131–147. DOI: 10.4490/algae.2013.28.2.131.
  7. Imamoglu A, Dalay MC, Sukan FV. Influences of different stress media and high light intencities on accumulation of astaxanthin in the green alga Haematococcus pluvialis. New Biotechnology. 2009;26(3–4):199–204. DOI: 10.1016/j.nbt.2009.08.007.
  8. Orosa M, Franqueira D, Cid A, Abalde J. Analysis and enhancement of astaxanthin accumulation in Haematococcus pluvialis. Bioresource Technology. 2005;96(3):373–378. DOI: 10.1016/j.biortech.2004.04.006.
  9. Dong Q, Zhao X, Xing X, Hu J, Gong J. Concomitant NH+ 4 secretion during astaxanthin synthesis in Haematococcus pluvialis under high irradiance and nitrogen deficient conditions. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2007;15(2):162–166. DOI: 10.1016/S1004-9541(07)60052-4.
  10. Scibilia L, Girolomoni L, Berteotti S, Alboresi A, Ballottari M. Photosynthetic response to nitrogen starvation and high light in Haematococcus pluvialis. Algal Research. 2015;12:170–181. DOI: 10.1016/j.algal.2015.08.024.
  11. Mel’nikov SS, Manankina EE, Budakova EA, Shalygo NV, compilers. Katalog geneticheskogo fonda khozyaistvenno poleznykh vidov vodoroslei [Catalogue of the genetic fund of economically useful species of algae]. Мinsk: Belaruskaja navuka; 2011. 101 p. Russian.
  12. Imamoglu E, Vardar Sukan F, Conk Dalay M. Effect of different culture media and light intensities on growth of Haematococcus pluvualis. International Journal of Natural and Engineering Science. 2007;1(3):05‒09.
  13. Rodriguez-Amaya DB, Kimura M. HarvestPlus handbook for carotenoid analysis. Washington: HarvestPlus; 2004. 58 p. (HarvestPlus technical monograph. Series 2).
  14. Milenković SМ, Zvezdanović JB, Anđelković TD, Marković DZ. The identification of chlorophyll and its derivatives in the pigment mixtures: HPLC-chromatography, visible and mass spectroscopy studies. Advanced technologies. 2012;1(1):16–24.
  15. Yuan J-P, Chen F. Hydrolysis kinetics of astaxanthin esters and stability of astaxanthin of Haematococcus pluvialis during saponification. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 1999;47(1):31–35. DOI: 10.1021/jf980465x.
  16. Domanskaya IN, Radyuk MS, Budakova EA, Samovich TV, Spivak EA, Shalygo NV. Tekhnologiya DNK-tipirovaniya genov ustoichivosti yachmenya k zasukhe [DNA typing technology for genes of barley resistance to drought]. Мinsk: Pravo i ekonomika; 2011. 31 p. Russian.
  17. Kakizono T, Kobayashi M, Nagai S. Effect of carbon /nitrogen ratio on encystment accompanied with astaxantin formation in a green alga, Haematococcus pluvialis. Journal of fermentation and bioengineering. 1992;74(6):403–405. DOI: 10.1016/0922- 338X(92)90041-R.
  18. Dainese P, Bassi R. Subunit stoichiometry of the chloroplast photosystem II antenna system and aggregation state of the component chlorophyll a/b binding proteins. Journal of Biological Chemistry. 1991;266(13):8136–8142.
  19. Peter GF, Thornber JP. Biochemical composition and organization of higher plant photosystem II light-harvesting pigment-proteins. Journal of Biological Chemistry. 1991;266(25):16745–16754.
  20. Solovchenko AE, Chivkunova OB, Maslova IP. Pigment composition, optical properties, and resistance to photodamage of the microalga Haematococcus pluvialis cultivated under high light. Russian Journal of Plant Physiology. 2011;58(1):9–17. DOI: 10.1134/ S1021443710061056.
  21. Vidhyavathi R, Venkatachalam L, Sarada R, Ravishankar GA. Regulation of carotenoid biosynthetic genes expression and carotenoid accumulation in the green algae Haematococcus pluvialis under nutrient stress conditions. Journal of Experimental Botany. 2008;59(6):1409–1418. DOI: 10.1093/jxb/ern048.
Опубликован
2020-12-31
Ключевые слова: Haematococcus pluvialis, свет высокой интенсивности, дефицит азота, астаксантин
Как цитировать
Самович, Т. В., Гончарик , Р. Г., Печенкина , Е. И., Вязов , Е. В., & Козел, Н. В. (2020). Накопление астаксантина в клетках Haematococcus pluvialis, индуцированное дефицитом азота и светом высокой интенсивности. Экспериментальная биология и биотехнология, 3, 37-45. https://doi.org/10.33581/2521-1722-2020-3-37-45
Выпуск
№ 3 (2020): Журнал Белорусского государственного университета. Биология
Раздел
Клеточная биология и физиология

Copyright (c) 2020 Журнал Белорусского государственного университета. Биология

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).