Die Unterdrückung des Phytoen-Synthase-Gens (EgcrtB) verändert den Carotinoidgehalt und die intrazelluläre Struktur von Euglena gracilis

HINTERGRUND: Photosynthetische Organismen nutzen Carotinoide sowohl zum Lichtschutz als auch zur Lichternte. Unsere vorherige Studie hat gezeigt, dass hochintensives Licht die Expression des Gens für Phytoen-Synthase (EgcrtB) in Euglena gracilis (einer einzelligen Phytoflagellate) erhöht, das kodierte Enzym katalysiert den ersten entscheidenden Schritt des Carotinoid-Biosynthesewegs. Um die Carotinoid-Synthese von E. gracilis als Reaktion auf Lichtstress zu untersuchen, analysierten wir Carotinoidarten und -gehalte in Zellen, die unter verschiedenen Lichtintensitäten gewachsen sind. Darüber hinaus untersuchten wir den Effekt der Unterdrückung von EgcrtB durch RNA-Interferenz (RNAi) auf Wachstum und Carotinoidgehalt. ERGEBNISSE: ) erhöhte die Poolgröße der Diadinoxanthin-Zyklusfarbstoffe (d.h. Ddx + Dtx) um das 1,2-Fache und das Dtx/Ddx-Verhältnis von 0,05 (Kontrolle) auf 0,09. Im Gegensatz dazu führte die Behandlung mit höherer Lichtintensität zu einem Rückgang des Chlorophylls (a + b) um 58 % und reduzierte die Anzahl der Thylakoidmembranen in Chloroplasten um etwa die Hälfte im Vergleich zu Kontrollzellen, was darauf hindeutet, dass die cholorophyllbedingte Akkumulation von Carotinoiden mit einer Zunahme sowohl der Anzahl als auch der Größe von Lipidglobuli in Chloroplasten und im Zytoplasma verbunden ist. Die vorübergehende Unterdrückung von EgcrtB in dieser Alge durch RNAi führte zu signifikanten Rückgängen der Zellzahl, des Chlorophylls und des gesamten Haupt-Carotinoidgehalts um 82, 82 und 86 % im Vergleich zu nicht elektroporierten Zellen. Darüber hinaus verringerte die Unterdrückung von EgcrtB die Anzahl der Chloroplasten und Thylakoidmembranen und erhöhte das Dtx/Ddx-Verhältnis um das 1,6-Fache bei kontinuierlicher Beleuchtung, selbst bei der Standardlichtintensität, was darauf hinweist, dass die Blockierung der Carotinoidsynthese die Anfälligkeit der Zellen für Lichtstress erhöht. FAZIT: Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Unterdrückung von EgcrtB zu einem signifikanten Rückgang des Carotinoid- und Chlorophyllgehalts in E. gracilis führt, begleitet von Veränderungen der intrazellulären Strukturen, was darauf hindeutet, dass Dtx (de-epoxidierte Form der Diadinoxanthin-Zyklusfarbstoffe) zur Photoprotektion dieser Alge während der langfristigen Akklimatisierung an lichtinduzierten Stress beiträgt.