Μελέτη της συνεργιστικής δράσης συμβατών κυτοπλασματικών οσμωρρυθμιστών για προστασία της φωτοσυνθετικής λειτουργίας από περιβαλλοντική αλατότητα και ξηρασία

Abstract

We studied two genetic transformants of the freshwater cyanobacterium Synechococcus sp. PCC7942 during their adaptation to unfavorable salinity PAMCOD cells which oxidize imported choline and accumulate approx. 0.06 - 0.08 Μ glycine betane, and PAM cells which do not oxidize choline. The main scope of our research was to examine if dissacharide sucrose and zwitterionic glycine betaine exerted a beneficial synergistic effect in the NaCI tolerance of PAMCD cells. Employing chlorophyll a fluorometry, we succeeded to measure, for the first time, the evolution of cytoplasmic osmolality (turgor threshold) during adaptation of PAM and PAMCOD cells to salinity. Turgor thresholds increased linearly (a) with the NaCl concentration in the culture, and (b) with the molar sucrose/chlorophyll α ratio in the cell. PAMCOD cells could proliferate in culture medium containing 0.4 M NaCl (external osmolality, 0.815 Osm kg⁻¹), after a lag period, during which intracellular sucrose rose to 10 mol (mol Chi a)-1, or more, and turgor threshold (cytoplasmic osmolality) exceeded 10 Osm kg⁻¹. At comparative conditions, PAM cells accumulated half as much sucrose, and they did not proliferate. These results indicate that glycine betaine improved the salinity tolerance of the PAMCOD cells synergistically, to sucrose, enhancement of sucrose biosynthesis, and/or alleviation of sucrose toxicity.

Μελετήσαμε δύο γενετικά μετασχηματισμένων κυττάρων του κυανοβακτηρίου του γλυκού νερού Synechococcus sp. PCC7942, κατά την προσαρμογή τους σε δυσμενή περιβαλλοντική αλατότητα. Τα κύτταρα PAM που συσσωρεύουν τον οσμωλύτη σακχαρόζη και τα κύτταρα PAMCOD που συσσωρεύουν επιπλέον 0.06 - 0.08 Μ βεταΐνης της γλυκίνης. Στόχος μας ήταν να ελέγξουμε εάν η συμπαρουσία της σακχαρόζης και της διιονικής βεταΐνης, της γλυκίνης στα κύτταρα PAMCOD βελτιώνει την αλατοανθεκτικότητά τους συγκριτικά προς τα κύτταρα PAM. Για πρώτη φορά, χρησιμοποιώντας το φθορισμό της χλωροφύλλης α των κυττάρων αυτών, μετρήσαμε το όριο σπαργής τους (κυτοπλασματική οσμωτικότητα). Δείξαμε ότι κατά την προσαρμογή των κυττάρων στην αλατότητα, το όριο σπαργής τους αυξανόταν γραμμικά (α) με την συγκέντρωση NaCl στην καλλιέργεια και (β) με την κυτοπλασματική συγκέντρωση σακχαρόζης. Τα κύτταρα PAMCOD πολλαπλασιάστηκαν σε περιοριστική αλατότητα με 0.4 Μ Nacl (0. 815 Osm kg⁻¹) αφού πρώτα, η κυτοπλασματική του σακχαρόζη αυξήθηκε στα 20 mol (mol Chla)-1 και το όριο σπαργής τους υπερέβη τα 10 Osm kg⁻¹. Στις ίδιες συνθήκες, τα κύτταρα PAM συσσώρευσαν την μισή σακχαρόζη και δεν πολλαπλασιάστηκαν. Εικάζουμε ότι η βεταΐνη της γλυκίνης δρα συνεργιστικά με την σακχαρόζη, βελτιώνοντας την αλατοανθεκτικότητα των κυττάρων PAMCOD ως εξής. (α) ενισχύει τη βιοσύνθεση και συσσώρευση σακχαρόζης, (β) μετριάζει την τοξικότητα της σακχαρόζης προς το κυτόπλασμα.