view in publisher's site

Transcriptomic analysis unveils survival strategies of autotrophic Haematococcus pluvialis against high light stress

Highlights•H. pluvialis undergo dramatic morphology changes to adapt high light stress.•High light caused dramatic transcriptomic alterations in cells.•Both astaxanthin and the corresponding genes were up-regulated by high light.•High light affected expression patterns of ROS scavenging genes.•Transcriptional factors played a key role in the defense response.AbstractHaematococcus pluvialis, a commercial microalga, accumulates massive astaxanthin under biotic and abiotic stress conditions, particularly under high light conditions. Upon exposure to high light stress, the green motile cells rapidly differentiate into non-motile red cyst, which undergo dramatic morphology changes during subsequent encystment, including fall off the flagella, and formation of a thick secondary cell wall, finally accumulate abundant astaxanthin. Cell photosynthetic activities are inhibited first at day 1 under high light, while enhanced later when astaxanthin is highly accumulated after adapting to the stress condition. To further understand the adaptive responses of H. pluvialis to high light stress at transcriptional level, cells exposed to high light for 0, 1, 5 and 10 days were subjected to transcriptome analysis. High light caused significant transcriptomic alterations in cells. High light promoted astaxanthin biosynthesis by enhancing the expression of key genes involved in the MEP and astaxanthin biosynthesis pathway, and simultaneously inhibiting the expression of genes in the branch pathways. High light down-regulated the expression of genes associated with photosynthesis at day 1 while up-regulated those at day 5 and day 10. All those transcriptomic changes were consistent with above mentioned morphological and physiological changes. In addition, high light stressed cells maintained a ROS homeostasis via simultaneously up- and down-regulating different sets of paralogs genes of antioxidant enzyme. Furthermore, high light up-regulated constantly the expression of 29 transcriptional factors, potential key players in the defense response to high light stress and in the regulation of astaxanthin biosynthesis. This study reveals the survival strategies of H. pluvialis against high light stress and lays a theoretic foundation for metabolic engineering of astaxanthin in H. pluvialis.

آنالیز transcriptomic از استراتژی‌های بقا of Haematococcus بر ضد استرس نور بالا

کاره‌ای مهم: H. pluvialis دست‌خوش تغییرات مورفولوژی چشمگیری برای سازگاری با فشار زیاد نور قرار می‌گیرند. نور بالا تغییرات transcriptomic در سلول‌ها را ایجاد کرد. هم astaxanthin و هم ژن‌های متناظر با نور بالا تنظیم شدند. * الگوهای نور با نور بالا، ترکیب کردن ژن‌ها را تحت‌تاثیر قرار می‌دهد. عوامل Transcriptional نقش کلیدی در دفاع از ractHaematococcus ractHaematococcus،، a تجاری، astaxanthin عظیم تحت شرایط فشار زیستی و زنده، به ویژه تحت شرایط نوری بالا ایفا کردند. پس از قرار گرفتن در معرض فشار زیاد نور، سلول‌های motile سبز به سرعت به کیست قرمز غیر motile تبدیل می‌شوند که در طول encystment بعدی تغییرات مورفولوژی پیدا می‌کنند، از جمله افتادن the و تشکیل یک دیوار سلول ثانویه ضخیم، در نهایت astaxanthin فراوانی را جمع می‌کنند. فعالیت‌های فتوسنتزی سلولی ابتدا زیر نور بالا مهار می‌شوند در حالی که بعدا وقتی astaxanthin پس از تطبیق با شرایط استرس به شدت انباشته می‌شود. برای درک بیشتر پاسخ‌های انطباقی H. pluvialis تا فشار نور بالا در سطح نسخه‌برداری، سلول‌هایی که در معرض نور بالا برای ۰، ۱، ۵ و ۱۰ روز قرار گرفتند، تحت آنالیز transcriptome قرار گرفتند. نور بالا، تغییرات قابل‌توجهی در سلول‌ها ایجاد کرد. نور بالا High biosynthesis astaxanthin by by enhancing of key involved in MEP pathway astaxanthin biosynthesis، and and simultaneously simultaneously inhibiting inhibiting the genes genes genes branch branch branch pathways pathways promoted promoted the the the in in in in in in in in in of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of نور بالا، بیان ژن مربوط به فوتو سنتز را در روز ۱ تنظیم می‌کند، در حالی که در روزه‌ای ۵ و ۱۰ روز، آن‌ها را منظم و منظم می‌کند. همه این تغییرات transcriptomic با تغییرات مورفولوژیک و فیزیولوژیکی ذکر شده در بالا سازگار بودند. علاوه بر این، سلول‌های stressed با نور بالا، یک ایستایی ROS را از طریق تنظیم همزمان و پایین تنظیم ژن‌های paralogs آنزیم آنتی antioxidant حفظ کردند. علاوه بر این، نور بالا به طور مداوم بیان ۲۹ عامل تکثیری، بازیگران اصلی بالقوه در پاسخ دفاعی به استرس نور بالا و در تنظیم of astaxanthin را تنظیم می‌کند. این مطالعه استراتژی‌های بقا H. مقاومت در برابر فشار نور بالا و پایه‌ریزی نظریه‌ای برای مهندسی متابولیک of در H. pluvialis.

ترجمه شده با

Download PDF سفارش ترجمه این مقاله این مقاله را خودتان با کمک ترجمه کنید
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.