Impaired photoacclimation in a kleptoplastidic dinoflagellate reveals physiological limits of early stages of endosymbiosis

生物 鳍藻 内共生 质体 藻红蛋白 甲藻 植物 光合作用 生物化学 基因 水华 浮游植物 生态学 叶绿体 遗传学 营养物 流式细胞术
作者
Sarah Garric,Morgane Ratin,Dominique Marie,Valentin Foulon,Ian Probert,Francisco Rodríguez,Christophe Six
出处
期刊:Current Biology [Elsevier BV]
卷期号:34 (14): 3064-3076.e5
标识
DOI:10.1016/j.cub.2024.05.066
摘要

Dinophysis dinoflagellates are predators of Mesodinium ciliates, from which they retain only the plastids of cryptophyte origin. The absence of nuclear photosynthetic cryptophyte genes in Dinophysis raises intriguing physiological and evolutionary questions regarding the functional dynamics of these temporary kleptoplastids within a foreign cellular environment. In an experimental setup including two light conditions, the comparative analysis with Mesodinium rubrum and the cryptophyte Teleaulax amphioxeia revealed that Dinophysis acuminata possessed a smaller and less dynamic functional photosynthetic antenna for green light, a function performed by phycoerythrin. We showed that the lack of the cryptophyte nucleus prevented the synthesis of the phycoerythrin α subunit, thereby hindering the formation of a complete phycoerythrin in Dinophysis. In particular, biochemical analyses showed that Dinophysis acuminata synthesized a poorly stable, incomplete phycoerythrin composed of chromophorylated β subunits, with impaired performance. We show that, consequently, a continuous supply of new plastids is crucial for growth and effective photoacclimation in this organism. Transcriptome analyses revealed that all examined strains of Dinophysis spp. have acquired the cryptophyte pebA and pebB genes through horizontal gene transfer, suggesting a potential ability to synthesize the phycobilin pigments bound to the cryptophyte phycoerythrin. By emphasizing that a potential long-term acquisition of the cryptophyte plastid relies on establishing genetic independence for essential functions such as light harvesting, this study highlights the intricate molecular challenges inherent in the enslavement of organelles and the processes involved in the diversification of photosynthetic organisms through endosymbiosis.
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