Болдина О.Н.¹, Чунаев А.С.²

Olga N. Boldina, Alexander S. Chunaev

¹Ботанический институт РАН (БИН РАН) имени В.Л. Комарова (Санкт-Петербург, Россия)
²ГБОУ СОШ № 91 (Санкт-Петербург, Россия)

УДК 582.263/.279

В статье приводятся общие сведения о выделенных в альгологически чистые культуры изолятах зеленых монадных водорослей, массово развивающихся в симбиозах с другими эукариотами на Северо-Западе России. Полученные штаммы поддерживаются в коллекции лаборатории альгологии Ботанического института им. В.Л. Комарова. Предлагается сохранить прежний лабораторный акроним LABIK. Обсуждаются трудности изоляции и идентификации хламидомонад из факультативных симбиозов, взаимоотношения с партнерами и перспективы их использования в биотехнологии.

Ключевые слова: зеленые монады; Chlorophyta; Chlamydomonadaceae; «цветение» воды; симбиоз; Rana sp.; чистая культура

В связи с необходимостью всестороннего изучения альгофлоры Северо-Запада России перед лабораторией альгологии БИН РАН в 2012 году была поставлена задача уточнить видовой состав водорослей в Ленинградской области и окрестностях Санкт-Петербурга, в том числе и монадных представителей Chlorophyta.

Современные требования к идентификации зеленых монад сем. Chlamydomonadaceae предполагают наличие культивируемого материала (Nakada, Tomita, 2014), поэтому было решено изучить наиболее массовые из них. Наиболее логичный путь – исследовать водоросли-возбудители зеленых «цветений» воды.

В летний период зеленые водоросли активно развивались в эфемерных водоемах. Среди 1000 собранных проб из придорожных луж, канав, небольших прудов только 10% проб содержали зеленые монадные водоросли. Критическая оценка просматриваемых объектов позволила выбрать для культивирования те из них, в которых преобладали подвижные клетки, либо характерные для хламидомонад пальмеллевидные скопления. Всего в альгологически чистые культуры было выделено более 200 штаммов. В дальнейшем, по мере микроскопического, а в некоторых случаях и молекулярно-филогенетического изучения этих штаммов, для постоянного поддержания в лаборатории альгологии Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН было оставлено около 60 штаммов.

В настоящий момент это – единственная коллекция живых культур, поддерживаемая в лаборатории альгологии БИН РАН, после передачи всех штаммов бывшей коллекции LABIK в коллекцию CALU кафедры микробиологии Санкт-Петербургского университета. Мы сочли возможным сохранить акроним прежней коллекции, но нумерацию штаммов начать с 2000-х номеров, не совпадающих с номерами штаммов в бывшей коллекции LABIK.

Более 20% от нашей авторской части коллекции составляют альгологически чистые культуры, связанные симбиотическими взаимоотношениями с другими эукариотическими организмами. Краткая характеристика этих водорослей представлена в Таблице.

Таблица. Штаммы зеленых монад, связанных с многоклеточными организмами

ТАБЛИЦА ОТКРЫВАЕТСЯ ПРИ НАЖАТИИ НА ССЫЛКУ

Table. Strains of green monads associated with multicellular organisms

THE TABLE CAN BE SEEN BY CLICKING ON THE LINK

Эти штаммы можно классифицировать на следующие группы: а) изоляты из окрашенных в зеленый цвет кладок икры лягушек рода Rana; б) штаммы, выделенные из рассредоточенной вокруг подвижных головастиков зеленой слизи; в) культуры из массовых разрастаний на поверхности и в отмерших частях мха; г) штаммы водорослей, выделенных с поверхности тела лягушек.

Характер взаимоотношений между хозяином и развивающейся в нем водорослью следует еще изучить. На первый взгляд, симбиозы хламидомонад из групп а и б надо рассматривать в рамках эктосимбиотического мутуализма, подобно обнаруженному у симбионтов икры саламандр – зеленых монад рода Oophila (Kerney, 2011). Однако, детальный анализ таких взаимодействий показывает, что взаимоотношения амфибия–водоросль могут быть и экзогенными, и эндогенными, осуществляемыми на уровне регуляции биохимических процессов обоих объектов (Kerney et al., 2019).

Следует отметить, что водоросли, живущие на коже амфибий в период их размножения (группа г), отличаются по видовому составу от а и б групп и до сих пор не были обнаружены в икре. Они не были найдены нами в массовых количествах и в эфемерных водоемах в местах сбора икры. По-видимому, возможность получения этих клонов и их дальнейшая выживаемость на минеральной среде далеко не в единичных количествах, была спровоцирована какими-либо взаимодействиями с амфибиями.

Из нескольких попыток культивирования массово развивающихся на мху хламидомонад группы в, только одна была доведена до получения чистой культуры. При этом, все штаммы из одной пробы темно-зеленого таллома Sphagnum sp. оказались идентичными. Клетки водорослей непрочно прикреплялись к поверхности мха и не проникали в его живые ткани, но активно заселяли мертвые.

Следует отметить, что не только в отношении симбионтов мха, но и в ряде других случаев попытки выделения штаммов-симбионтов не всегда оказывались успешными. Подбор условий культивирования для водорослей, в своем развитии связанных с другими обитателями живого мира, является отдельной задачей. Как правило, не более половины инокулированных образцов удавалось вывести в смешанную культуру, и гораздо меньшее количество довести до моновидовой чистой культуры. Соответственно, представленные штаммы – лишь небольшая часть зеленых монад, которые могут участвовать в сожительстве с другими эукариотами. При этом возможность их культивирования на обычных минеральных средах демонстрирует, что симбиотические взаимоотношения носят факультативный характер. В принципе, все штаммы могут расти на минеральной среде без добавок, но в отношении штаммов LABIK 2501 и 2502 наиболее стабильный рост наблюдался при добавке витаминов группы B.

Идентификация многих из представленных в Таблице хламидомонад не является окончательной. Опыт подробного исследования только нескольких представителей зеленых монад современными методами, включающими световую микроскопию, трансмиссионную электронную микроскопию и анализ одной или нескольких маркерных нуклеотидных последовательностей, или комбинация хотя бы двух из этих методов, может коренным образом изменить статус и родовую принадлежность водоросли (Watanabe, Lewis, 2017; Nakada et al., 2018).

Тем не менее, работа со штаммами симбиотических водорослей является перспективной. Это связано с тем, что они способны реализовывать особенные возможности биосинтеза, возникшие в процессе межорганизменных взаимодействий. Поэтому такие штаммы могут быть продуцентами редких органических продуктов. Они также могут быть использованы в биотехнологическом производстве (Feng et al., 2016; Correia et al., 2020).

Работа выполнена в рамках Госзадания AAAА-А18-118030790036-0.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.

Список литературы

1. Болдина О.Н. Хламидомонады (Chlamydomonadaceae) Санкт-Петербурга и Ленинградской области: состояние изученности и новые находки // Новости систематики низших растений. 2016. Т.50. С. 5–22. DOI: https://doi.org/10.31111/nsnr/2016.50.5
2. Correia N., Pereira H., Silva J.T., Snatos T., Soares M., Sousa B.C., Schüle L.M., Costa M., Varela J., Pereira L., Silva J. Isolation, identification and biotechnological applications of a novel, robust, free-living Chlorococcum (Oophila) amblystomatis strain isolated from a local pond // Applied Sciences. 2020. V.10, №3040. С. 1–14. DOI: http://dx.doi.org/10.3390/app10093040
3. Feng J., Guo Y., Zhang X., Wang G, Lv J., Liu Q., Xie S. Identification and characterization of a symbiotic alga from soil bryophyte for lipid profiles // Biol. Open. 2016. V.5, №9. С. 1317–1323. DOI: https://doi.org/10.1242/bio.019992
4. Kerney R. Symbioses between salamander embryos and green algae // Symbiosis. 2011. V.54, №1. С. 107–117. DOI: https://doi.org/10.1007/s13199-011-0134-2
5. Kerney R., Leavitt J., Hill E., Zhang H., Kim E., Burns J. Co-culture of Oophila amblystomatis between Ambistoma maculatum and Ambistoma gracile hosts show host-symbiont fidelity // Symbiosis. 2019. V.78, №1. С. 73–85. DOI: https://doi.org/10.1007/s13199-018-00591-2
6. Kuhl A. Zur Phisiology der Speicherung kondensierter anorganischer Phosphat in Chlorella // Beträge zur Physiologie und Morphologie der Algen. – Stuttgart: Fischer Verlag, 1962. – С.  157–164. (in Germ.)
7. Nakada T., Tomita M. Light Microscopy and Phylogenetic Analyses of Chlamydomonas Species (Volvocales, Chlorophyceae). II. Molecular Phylogeny, Secondary Structure of ITS-2, Cell Morphology, and Nomenclature of Microglena opisthopyren, and M. media, comb. nov // Acta Phytotax. Geobot. 2014. V.65, №2. С. 67–73. https://doi.org/10.18942/apg.KJ00009406722
8. Nakada T., Takahashi S., Tomita M. Microglena redcarensis sp. nov. (Volvocales, Chlorophyceae), a brackish water chlamydomonad with contractile vacuoles // Phycological Research. 2018. V.66. С. 310–317. DOI: https://doi.org/10.1111/pre.12330
9. Watanabe S., Lewis L.A. Phylogenetic interpretation of light and electron microscopic features of selected members of the phylogroup Moewusinia (Chlorophyceae), with new generic taxonomy // Phycologia. 2017. V.56, №3. С. 329–353. DOI: https://doi.org/10.2216/16-64.1

Статья поступила в редакцию 30.06.2020
После доработки 21.11.2020
Статья принята к публикации 24.11.2020

Об авторах

Болдина Ольга Николаевна – Olga N. Boldina

кандидат биологических наук
научный сотрудник, Ботанический институт имени В.Л. Комарова РАН (БИН РАН), Санкт-Петербург, Россия (Komarov Botanical Institute RAS, Saint-Petersburg, Russia)

Boldina@binran.ru

Чунаев Александр Сергеевич – Alexander S. Chunaev

кандидат биологических наук
преподаватель биологии, ГБОУ СОШ № 91 Петроградского района Санкт-Петербурга, Санкт-Петербург, Россия (State Budget Educational Institution Secondary School №91, Saint-Petersburg, Russia),

chunaev_as@mail.ru

Корреспондентский адрес: 197376, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 2, БИН РАН. Телефон +7 (812) 372-54-43.

ССЫЛКА:

Болдина О.Н., Чунаев А.С. Симбиотические хламидомонады в коллекции лаборатории альгологии БИН РАН // Вопросы современной альгологии. 2020. № 2 (23). С. 79–84. URL: http://algology.ru/1653

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2020-2(23)-79-84

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. 
Адрес - info@algology.ru

Symbiotic chlamydomonads in algological department collection of BIN RAS

Olga N. Boldina¹, Alexander S. Chunaev²

¹Komarov Botanical Institute RAS (Saint-Petersburg, Russia)
²State Budget Educational Institution Secondary School №91 (Saint-Petersburg, Russia)

General information on the unialgal strains of green monads, mass-developing in symbiosis with other eukaryotic organisms from North-West Russia, is presented. The selected strains are maintained in the Algological Department of Komarov Botanical Institute RAS. The previous collection acronim LABIK – collection of algae of Laboratory Algology of Komarov Botanical Institute is suggested to remain. Topics on the isolation and strain identification difficulties of algae, living together with other organisms, as well as, their partners relations and perspectives of biotechnological usage are concidered.

Key words: green monads; Chlorophyta; Chlamydomonadaceae; water "blooming"; symbiosis; Rana sp.; pure culture

References

1. Boldina O.N. Сhlamydomonads (Chlamydomonadaceae) from St. Petersburg and the Leningrad Region: current knowledge and new records. Novosti Sist. Nizsh. Rast. 2016 V.50. P. 5–22. DOI: https://doi.org/10.31111/nsnr/2016.50.5 (in Russ.)
2. Correia N., Pereira H., Silva J.T., Snatos T., Soares M., Sousa B.C., Schüle L.M., Costa M., Varela J., Pereira L., Silva J. Isolation, identification and biotechnological applications of a novel, robust, free-living Chlorococcum (Oophila) amblystomatis strain isolated from a local pond. Applied Sciences. 2020. V.10, №3040. P. 1–14. DOI: http://dx.doi.org/10.3390/app10093040
3. Feng J., Guo Y., Zhang X., Wang G, Lv J., Liu Q., Xie S. Identification and characterization of a symbiotic alga from soil bryophyte for lipid profiles. Biol. Open. 2016. V.5, №9. P. 1317–1323. DOI: https://doi.org/10.1242/bio.019992
4. Kerney R. Symbioses between salamander embryos and green algae. Symbiosis. 2011. V.54, №1. P. 2–20. DOI: https://doi.org/10.1007/s13199-011-0134-2
5. Kerney R., Leavitt J., Hill E., Zhang H., Kim E., Burns J. Co-culture of Oophila amblystomatis between Ambistoma maculatum and Ambistoma gracile hosts show host-symbiont fidelity. Symbiosis. 2019. V.78, №1. P. 107–117. DOI: https://doi.org/10.1007/s13199-018-00591-2
6. Kuhl A. Zur Phisiology der Speicherung kondensierter anorganischer Phosphat in Chlorella. In: Beträge zur Physiologie und Morphologie der Algen. Fischer Verlag: Stuttgart, 1962. P.  157–164. (in Germ.)
7. Nakada T., Tomita M. Light Microscopy and Phylogenetic Analyses of Chlamydomonas Species (Volvocales, Chlorophyceae). II. Molecular Phylogeny, Secondary Structure of ITS-2, Cell Morphology, and Nomenclature of Microglena opisthopyren, and M. media, comb. nov. Acta Phytotax. Geobot. 2014. V.65, №2. P. 67–73. https://doi.org/10.18942/apg.KJ00009406722
8. Nakada T., Takahashi S., Tomita M. Microglena redcarensis sp. nov. (Volvocales, Chlorophyceae), a brackish water chlamydomonad with contractile vacuoles. Phycological Research. 2018. V.66. P. 310–317. DOI: https://doi.org/10.1111/pre.12330
9. Watanabe S., Lewis L.A. Phylogenetic interpretation of light and electron microscopic features of selected members of the phylogroup Moewusinia (Chlorophyceae), with new generic taxonomy. Phycologia. 2017. V.56, №3. P. 329–353. DOI: https://doi.org/10.2216/16-64.1

Authors

Boldina Olga N.

ORCID – https://orcid.org/0000-0002-1354-2410, eLIBRARY SPIN-код 9260-1756

Komarov Botanical Institute RAS, Saint-Petersburg, Russia

Boldina@binran.ru

Chunaev Alexander S.

ORCID – https://orcid.org/0000-0003-1136-1162, eLIBRARY SPIN-код 5434-1324

State Budget Educational Institution Secondary School №91, Saint Petersburg, Russia

chunaev_as@mail.ru

ARTICLE LINK:

Boldina O.N., Chunaev A.S. Symbiotic chlamydomonads in algological department collection of BIN RAS. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2020. № 2 (23). P. 79–84. URL: http://algology.ru/1653

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2020-2(23)-79-84

When reprinting a link to the site is required

Dear colleagues! If you want to receive the version of the article in PDF format, write to the editor,please and we send it to you with pleasure for free. 
Address - info@algology.ru

На ГЛАВНУЮ

Карта сайта

КОНТАКТЫ

Email: info@algology.ru

Изготовление интернет сайта
5Dmedia

ЛИЦЕНЗИЯ

Эл N ФС 77-22222 от 01 ноября 2005г.

ISSN 2311-0147