ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2004, том 51, № 3, с. 396-403
УДК 581.1
ЖИРНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ липидов И ТЕРМОФИЛЬНОСТЬ ЦИАНОБАКТЕРИЙ
© 2004 г. И. П. Маслова, Е. А. Мурадян, С. С. Лапина,
Г. Л. Клячко-Гурвич , Д. А. Лось
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук, Москва
Поступила в редакцию 24.04.2003 г.
Проведен анализ жирнокнслотного состава лнпидов у ряда одноклеточных и нитчатых форм мезо-фильных и термофильных цианобактерий. В условиях хранения в коллекции (47°C) одноклеточные термофильные штаммы Synechococcus не содержали полиеновых кислот в отличие от мезофильных представителей этого рода (температура поддержания 20°C). Снижение температуры не привело к появлению полиеновых кислот С18-ряда у термофильного штамма Synechococcus elongatus IPPAS В-267, однако соотношение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот (S/U) снизилось в два раза. Культивирование мезофильных штаммов при 25-32°C, напротив, вызвало увеличение S/U в результате повышения доли 16 : 0. У штамма Synechococcus IPPAS В-434 при этом резко снижалось относительное содержание моноеновых, преимущественно гексадеценовых, кислот. Установлено наличие полиеновых кислот у Gloeobacter violaceus, цианобактерии, у которой отсутствуют тилакоиды и фотосистемы формируются в клеточной мембране. У нитчатой термофильной цианобактерии Phormidium laminosum (температура поддержания 47°C) обнаружены полиеновые кислоты, хотя их доля была значительно ниже, чем у нитчатых мезофильных форм (Tolypothrix sp. и Spirulina platensis). Относительное содержание гексадеценовых кислот у Ph. laminosum было выше, чем у мезофильных форм. Обсуждается возможная роль гексадеценовых кислот в процессах адаптации цианобактерий к высоким температурам. Рассматривается вопрос о соотношении эволюционно закрепленных особенностей состава жирных кислот и изменений, связанных с адаптацией к конкретным условиям обитания.
Gloeobacter violaceus - Synechococcus sp. - Spirulina platensis - Phormidium laminosum - Tolypothrix sp. - термофильные и мезофильные организмы - жирные кислоты - липиды - температурная адаптация
Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) и хлоропласты высших растений и зеленых водорослей близки по структуре фотосинтетического аппарата и составу липидов тилакоидных мембран. Основными липидами цианобактерий и хло-ропластов являются МГДГ, ДГДГ, СХДГ и ФГ. Среди цианобактерий есть формы, содержащие только насыщенные и моноеновые ЖК, и организмы, ЖК которых содержат до 4 двойных связей на молекулу [1-3]. Высказываются предположения о существовании корреляции между степенью сложности морфологического строения цианобактерий и числом двойных связей в ЖК липидов их мембран [4-6]. Согласно этому предположению, одноклеточные формы характеризуются наличием только моноеновых ЖК. Однако установлено, что одноклеточные цианобактерии (например, различные штаммы Synechocystis
Адрес для корреспонденции: Лось Дмитрий Анатольевич. 127276 Москва, Ботаническая ул., 35. Институт физиологии растений РАН. Факс: (095) 977-80-18; электронная почта: Iosnet@ippras.ru
и Synechococcus) могут содержать полиеновые кислоты [2, 4]. Нитчатые и колониальные цианобактерии, в сравнении с одноклеточными, обычно содержат более разнообразные по числу двойных связей полиеновые ЖК [5].
Наряду с корреляцией между составом ЖК и морфологическими особенностями цианобакте-рий (одноклеточные, нитчатые и колониальные формы), имеются данные о корреляции состава ненасыщенных ЖК и температурными условиями их обитания [4, 5, 7]. Показано, что для одноклеточных термофильных цианобактерий характерно наличие лишь моноеновых ЖК, в то время как нитчатые термофильные штаммы имеют и полиеновые ЖК [4, 5]. Таким образом, корреляция состава ЖК с морфологическими и адаптационными особенностями цианобактерий, по-видимому, существует, но имеет и множество исключений [3-5].
Мы исследовали состав ЖК липидов восьми штаммов цианобактерий, представлявших разные группы по морфологии (одноклеточные и нитчатые) и по температурным оптимумам оби-
Таблица 1. Систематическое положение и термофильность исследованных штаммов цианобактерий
Штамм, видовая принадлежность Семейство (Порядок) Температура
Штамм и № в Коллекции IPPAS № в других коллекцтях храния в коллекции, °C Морфология
Gloeobacter violaceus B-470 PCC 7421 Gloebacteriaceae (Chroococcales) 17 Одноклеточные
Synechococcus sp. B-266 CALU 748 Synechococcaceae (Chroococcales) 20 Одноклеточные
Synechococcus sp. B-434 PCC 6301 = Anacystis nidulans Synechococcaceae (Chroococcales) 20 Одноклеточные
Synechococcus elongatus Nag. B-267 Synechococcaceae (Chroococcales) 47 Одноклеточные
Synechococcus vulcanus B-453 Synechococcaceae (Chroococcales) 47 Одноклеточные
Spirulina platensis (Nordst.) Geitl. B-256 Arthrospira sp. Phormidiaceae (Oscilatoriales) 20 Нитчатые
Phormidium laminosum B-407 Tolypothrix sp. Kutz 1843 = Calothrix sp. PCC 7601 = Fremiella diplosiphon UTEX 481 Phormidiaceae (Oscilatoriales) 47 Нитчатые
Tolypothrix sp. Kutz B-464 Scytonemataceae или Rivulariaceae (Nostocales) 20 Нитчатые
тания (мезофильные и термофильные). Полученные данные позволяют рассматривать вопрос о том, в какой мере различия в составе ЖК закреплены эволюционно и в какой мере они определяются адаптивной реакцией организма на изменение температурного режима.
МЕТОДИКА
В работе использовали штаммы цианобактерий из Коллекции штаммов и мутантов микроводорослей ИФР РАН (¡РРАБ) [8]. Работу проводили со следующими штаммами: Gloeobacter viola-ceus ¡РРАБ В-470; Synechococcus эр. ¡РРАБ В-266; Synechococcus эр. ¡РрАБ В-434; Synechococcus elon-gatus ¡РРАБ В-267; Synechococcus vulcanus ¡РРАБ В-453; Spirulina platensis ¡РРАБ В-256; Phormidium laminosum ¡РРАБ В-407; Tolypothrix эр. ¡РРАБ В-464. Систематическое положение штаммов и температурные режимы поддержания штаммов в Коллекции приведены в табл. 1.
Состав ЖК определяли в штаммах, полученных непосредственно из Коллекции (вариант "условия поддержания") или переведенных в условия активного роста (вариант "культивирование"). Культивирование проводили в сосудах при постоянной температуре и барботировании воздухом, обогащенным 1.7-2.0% С02, при круглосуточном освещении люминесцентными лампами БС-40 (Россия), обеспечивающими при двустороннем расположении освещенность 50 Вт/м2 на поверх-
ности сосуда [9]. Скорость роста культур контролировали по изменению оптической плотности суспензии. Пробы для анализа отбирали на линейной стадии роста. Суспензию водорослей центрифугировали, биомассу промывали дистиллированной водой и клетки разрушали со стеклянными бусами в установке Retsch-MMW (Германия) в смеси хлороформ : метанол (1 : 1). Метиловые эфиры ЖК получали обработкой 5%-ным хлористым ацетилом в метаноле в течение 50 мин при повышенной (около 80°C) температуре. Состав ЖК определяли после очистки метиловых эфиров ЖК методом ТСХ на пластинах 1.05729 ("Merck", Германия) с использованием бензола в качестве подвижной фазы. Определение ЖК проводили методом ГЖХ на хроматографе Chrom-5, снабженном интегратором CI-100 для первичной обработки данных и водородным пламенно-ионизационным детектором ("Laboratorni pi^stre^", Чехия). Газ носитель - азот, жидкая фаза - 5%-ный полиэтиленгликольадипат, нанесенный на целит 545 ("Реахим", Россия). Длина набивной колонки -2.4 м. Температура разделения: 181-186°C [10]. Идентификацию ЖК проводили путем сравнения их времени удерживания со временами удерживания стандартов ("Sigma", США). Выделение МГДГ из экстракта липидов S. platensis B-256 проводили на пластинках ТСХ-60 (1.05729, 20 х 20 см; толщина слоя адсорбента 0.2 мм) ("Merck") [11]. Состав ЖК в МГДГ определяли теми же методами, что и ЖК общего экстракта липидов.
Таблица 2. Состав ЖК суммарных липидов (весовые %) у представителей рода БуиесНососсш при различных температурах выращивания
ЖК Поддержание в коллекции Культивирование
20°С 47°С 25°С 32°С 32°С
B-266 B-434 B-267 B-453 B-434 B-267
14 0 7.6 сл 1.3 сл 0.3 0.2 0.9
14 1А9 0.5 6.5 1.5 0.5 0.2 0.2 2.4
14 1* 3.7 сл - - 0.4 0.5 -
16 0 34.5 43.4 53.4 66.4 54.7 62.3 39.7
16 1А9 30.9 18.7 16.0 17.4 3.4 1.7 18.2
16 1* сл 3.7 4.1 - 3.6 2.5 4.8
16 2** сл сл - - - - 2.0
16 3** сл сл - - - - 4.2
18 0 2.6 сл 2.6 2.2 1.2 1.2 3.7
18 1А9 14.5 7.3 19.0 13.9 7.9 8.6 23.8
18 2А9,12 4.3 8.5 - - 9.9 13.4 -
18 3А6,9,12 2.0 12.7 - - 15.2 9.4 -
18 3А9,12,15 1.6 сл - - 1.6 сл -
18 4* - - - - 1.8 сл -
S/U 0.80 0.76 1.40 2.18 1.27 1.75 0.79
Примечание. 18 : 3А9Д2'15 - а-линоленовая кислота; 18 : 3А6А12 - у-линоленовая кислота; А6, А9 - десатуразы, ферменты, вводящие двойную связь в ЖК у 6- и 9-го от карбоксильного конца атома С. сл - следовые количества, <0.5%.
* Положение двойных связей не установлено. ** Совпадают по удерживаемому объему с 16 : 2 и 16 : 3.
В таблицах и на рисунках представлены средние данные для 2-3 биологических повторностей при 4-6 аналитических. Число повторностей, необходимое для получения результатов на уровне достоверности P < 0.05, устанавливали, исходя из разброса данных генеральной совокупности. Относительная стандартная ошибка составляла 2-5% для преобладающих ЖК и не более 10% -для минорных компонентов.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Температурная зависимость состава ЖК у штаммов рода Synechococcus
Для анализа были выбраны 4 штамма Synecho-coccus, два из которых поддерживаются в Коллекции при температуре 20°С и два - при 47°С. В условиях хранения термофильные штаммы не содержали полиеновых, в то время как мезофиль-ные штаммы характеризовались наличием ди- и триеновых ЖК (табл. 2).
Поскольку температурная зависимость степени ненасыщенности ЖК хорошо известна [4, 7], было проведено определение ЖК этих штаммов в условиях активного роста при различных температурах.
Снижение температуры не привело к появлению полиеновых ЖК 018-ряда у термофильных штаммов Synechococcus, но у S. elongatus IPPAS В-267 появились минорные компоненты, время удерживания которых совпадало с этим параметром для 16 : 2 и 16 : 3 кислот (табл. 2). Их точную идентификацию не удалось провести. Можно видеть, что отношение на
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.