Diazoplast

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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.

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.

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 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]

Charakterisierung der Diazoplasten (Sphäroidkörper) mariner Epithemia-Spezies. LM-Auf­nahmen von Sphäroidkörpern (Diazoplasten) des Stamms E. pelagica UHM3200 (EpSB) in (h,i,j) und des Stamms E. catenata UHM3210 (EcSB) in (k,l,m). Um die Diazoplaste frei­zu­setzen wur­den die Wirtszellen zerkleinert; Hellfeld in (h,k), Phycoerythrin-Fluoreszenz in (i,l) und Chloro­phyll-Fluores­zenz in (j,m). Pfeilspitzen zeigen auf die Diazoplasten. Zum Vergleich jeweils links unten eine Einzelzellen von Synechococcus sp. WH7803 (Positiv­kontrolle). Wie zu sehen, be­sit­zen die Diazoplasten im Gegensatz zu WH7803 keines der beiden getesteten Pigmente (keine Photosynthese). Balken: 3 µm.

Anmerkungen

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

Literatur

Einzelnachweise

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