Diazoplast

LM-Aufnahmen von Epithemia pelagica UHM3200 in der Valvenansicht, b le­ben­de Zelle und c os­motisch ge­schock­te Zel­le mit Di­azo­plast (schwarze Pfeil­spitze).[A. 1] Balken 5 µm.
LM-Aufnahmen von Epithemia catenata UHM3210 in Gürtelansicht (englisch girdle view), e le­ben­de Zellen und f os­motisch ge­schock­te Zel­le mit zwei Di­azo­plasten (schwarze Pfeil­spitzen).[A. 1] Balken 10 µm.

Diazoplast ist die Bezeichnung für ein Organell, das in Kieselalgen der Familie Rhopalodiaceae, insbesondere in den Gattungen Rhopalodia und Epithemia vorkommt.[1] Diazoplasten spielen – ebenso wie die Nitroplasten bei der Hapto­phyten-Familie Braarudosphaeraceae – eine entscheidende Rolle bei der Stickstofffixierung dieser Algen. Von diesem Prozess nahm man früher an, dass er ausschließlich bestimmten Bakterien und Archaeen vorbehalten ist.[2][3] Die Ent­deckung der Diazoplasten hat bedeutende Auswirkungen sowohl auf die Zellbiologie als auch auf die Agrar­wissen­schaft.

Diazoplasten und Nitroplasten wurden zunächst aufgrund ihrer annähernd kugelförmigen Gestalt als Sphäroidkörper (englisch spheroid bodies) bezeichnet.

Beschreibung

Das Sphäroidkörper-Genom von Rhopalodia gibberula und Ver­gleich mit dem Sphäroidkörper-Genom von Epi­themia turgida
Phylogenetische Multigen-Analyse (SSU+nifH) der Diazoplasten und Nitro­plasten (Rhopalodiaceae- respektive Braarudosphaeraceae-Sphäroidkörper), sowie verwandter Cyanobakterien (2022).[1]
Sphäroidkörper der Rhopalodiaceae (Diazoplasten):
00EcSB – von Epithemia catenata
00EpSB – von E. pelagica
00EtSB – von E. turgida
00RgSB – Rhopalodia gibberula
Sphäroidkörper der Braarudosphaeraceae (Nitroplasten):
00UCYN-A [Ca. Atelocyanobacterium thalassae]
00UCYN-A – von Braarudosphaera bigelowii

Diazoplasten besitzen wie Nitro­plasten und (ge­wöhn­lich) Mito­chondrien und Chloro­plasten eine eigene DNA.[4][1]

Die phylogenetische Analyse des Di­azo­plasten-Ge­noms zeigte 2024 die nächste Ver­wandt­schaft zu einer an­de­ren N2-fixierenden symbiotischen Cyano­bakterien­art, Braarudo­sphaera bigelowii (als Phylo­typ auch UCYN-A und als Organell Nitroplast oder ebenfalls Sphäroidkörper genannt).[1] Wie diese Analysen 2014 und 2024 ergaben, stammen beide Organellen (Diazo­plasten der Rhopalodiaceae und Nitroplasten der Braarudo­sphaeraceae) von Cyano­bak­terien ab, die eng mit der Gattung Cyanothece verwandt sind.[5][6][4][1] Vergleichende phylo­gene­tische Analysen der 16S-rRNA-Gene und der Gene für die Stickstofffixierung (nifD) ergaben, dass das Genom der beider Typen von Sphäroidkörpern eng verwandt ist mit der freilebenden diazo­trophen Cyanobakterien-Art Crocosphaera sub­tro­pi­ca Mareš & J. R. Johansen (Stamm ATCC 51142)[A. 2][8][1] und der Art Zehria sp. KO68DGA (Stamm KO68DGA).[A. 3][1] Die beiden Symbionten sind auf ähnlichen, aber deutlich unterschiedlichen Pfaden der reduktiven Evolution aus solchen Cyanobakterien entstanden.[4][1]

Phylogenie

120-Gen-Phylogenie gemäß GTDB Release 10‑RS226 (April 2025). Vorläufige Namen bleiben erhalten.[10]

Die Zuordnung der vorläufigen Namen der Diazoplasten zu den veröffentlichten Namen der Epithemia-Wirtspezies erfolgt wie folgt: Die zugehörigen NCBI-Genom-Assembly‑Datensätze werden anhand der GTDB‑Genom‑IDs (z. B. GCF_003574135.1) abgefragt, und der Name der Wirtspezies wird aus der verknüpften Publikation oder den BioSample‑Metadaten entnommen.






Crocosphaera


   

Atelocyanobacterium
(Nitroplast, UCYN-A)



   

JBCDDV01 sp039180145



   

UHCC-0190



   

Aphanothece_B sacrum



 Rippkaea 

 Diazoplast 



R. sp000829235
(von E. turgida)


   

R. sp003574135
(von E. gibberula)



   

R. sp029919255
(von E. clementina)



   

R. sp947331815
(von E. pelagica)



   

R. sp002110465



   

R. orientalis
(PCC 8801, PCC 8802)


   

R. sp003448685




Anmerkungen

  1. ↑ a b Durch die osmotische Schockbehandlung wird der Inhalt der Wirtszelle zerstört und die Endosymbionten werden verdrängt
  2. ↑ Crocosphaera subtropica ATCC 51142 wurde früher provisorisch als Cyanothece sp. ATCC 51142 bezeichnet[7]
  3. ↑ Zehria sp. KO68DGA wurde früher als Gloeothece sp. KO68DGA bezeichnet.[9]

Literatur

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d e f g h Christopher R. Schvarcz, Samuel T. Wilson, Mathieu Caffin, Rosalina Stancheva, Qian Li, Kendra A. Turk-Kubo, Angelicque E. White, David M. Karl, Jonathan P. Zehr, Grieg F. Steward: Overlooked and widespread pennate diatom-diazotroph symbioses in the sea. In: Nature Communications, Band 13, Nr. 799, 10. Februar 2022; doi:10.1038/s41467-022-28065-6 (englisch).
  2. ↑ Carissa Wong: Scientists discover first algae that can fix nitrogen — thanks to a tiny cell structure. In: Nature. 628. Jahrgang, Nr. 8009, 11. April 2024, S. 702, doi:10.1038/d41586-024-01046-z, PMID 38605201, bibcode:2024Natur.628..702W (englisch).
  3. ↑ Tyler H. Coale, Valentina Loconte, Kendra A. Turk-Kubo, Bieke Vanslembrouck, Wing Kwan Esther Mak, Shunyan Cheung, Axel Ekman, Jian-Hua Chen, Kyoko Hagino, Yoshihito Takano, Tomohiro Nishimura, Masao Adachi, Mark Le Gros, Carolyn Larabell, Jonathan P. Zehr: Nitrogen-fixing organelle in a marine alga. In: Science. 384. Jahrgang, Nr. 6692, 11. April 2024, ISSN 0036-8075, S. 217–222, doi:10.1126/science.adk1075, PMID 38603509, bibcode:2024Sci...384..217C (englisch).
  4. ↑ a b c Takuro Nakayama, Yuji Inagaki: Unique genome evolution in an intracellular N2-fixing symbiont of a rhopalodiacean diatom. In: Acta Societatis Botanicorum Poloniae, Band 83, Nr. 4, ISSN 0001-6977, 2014, S. 409–413; doi:10.5586/asbp.2014.046, Online-ISSN 2083-9480 (englisch).
  5. ↑ Takuro Nakayama, Yuko Ikegami, Takeshi Nakayama, Ken-ichiro Ishida, Yuji Inagaki, Isao Inouye: Spheroid bodies in rhopalodiacean diatoms were derived from a single endosymbiotic cyanobacterium. In: Journal of Plant Research. 124. Jahrgang, Nr. 1, 1. Januar 2011, ISSN 1618-0860, S. 93–97, doi:10.1007/s10265-010-0355-0, PMID 20512519, bibcode:2011JPlR..124...93N (englisch, springer.com).
  6. ↑ Takuro Nakayama, Ryoma Kamikawa, Goro Tanifuji, Yuichiro Kashiyama, Naohiko Ohkouchi, John M. Archibald, Yuji Inagaki: Complete genome of a nonphotosynthetic cyanobacterium in a diatom reveals recent adaptations to an intracellular lifestyle. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. 111. Jahrgang, Nr. 31, 5. August 2014, ISSN 0027-8424, S. 11407–11412, doi:10.1073/pnas.1405222111, PMID 25049384, PMC 4128115 (freier Volltext), bibcode:2014PNAS..11111407N (englisch).
  7. ↑ NCBI: Crocosphaera subtropica ATCC 51142, equivalent: Cyanothece sp. ATCC 51142, … (strain).
  8. ↑ Julia Prechtl, Christoph Kneip, Peter Lockhart, Klaus Wenderoth, Uwe-G. Maier: Intracellular Spheroid Bodies of Rhopalodia gibba Have Nitrogen-Fixing Apparatus of Cyanobacterial Origin. In: Molecular Biology and Evolution, Band 21, Nr. 8, 1. August 2004, S. 1477–1481; doi:10.1093/molbev/msh086 (englisch)-
  9. ↑ NCBI: Zehria sp. KO68DGA, heterotypic synonym: Gloeothece sp. KO68DGA.
  10. ↑ bac120_r226.sp_labels.tree. (newick).
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