A deficiência de fósforo induz a reprodução sexuada no dinoflagelado Prorocentrum cordatum

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14191 (2023) Citar este artigo

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O nitrogênio (N) e o fósforo (P) são elementos essenciais cuja disponibilidade promove o crescimento bem-sucedido do fitoplâncton e governa a produtividade primária aquática. Neste estudo, investigamos o efeito da deficiência de N e/ou P na reprodução sexual de Prorocentrum cordatum, o dinoflagelado com ciclo de vida haplôntico que causa proliferação de algas nocivas em todo o mundo. Nas culturas de P. cordatum, o N e a deficiência combinada de N e P levaram à parada do ciclo celular nas fases G0/G1 e à atenuação do crescimento da cultura celular. Observamos que a deficiência de P, mas não de N, desencadeou a transição no ciclo de vida de P. cordatum do estágio vegetativo para o sexual. Isto resultou num aumento acentuado na percentagem de células com conteúdo relativo de ADN nuclear 2C (zigotos) e no aparecimento de células com conteúdo relativo de ADN nuclear 4C (zigotos em divisão). A suplementação subsequente com fosfato estimulou a meiose e levou a um aumento notável no número de células 4C (divisão de zigotos). Além disso, realizamos análise de dados transcriptômicos e identificamos supostos transportadores de fosfato e enzimas envolvidas na captação de fosfato e regulação de seu metabolismo por P. cordatum. Estes incluem transportadores de fosfato inorgânico de alta e baixa afinidade, fosfatase alcalina atípica, fosfatases ácidas roxas e proteínas contendo domínio SPX.

Os dinoflagelados são um dos grupos mais importantes de protistas que contribuem para a produção primária marinha, transferências de matéria e energia dentro das cadeias alimentares aquáticas e formação de proliferação de algas nocivas em todo o mundo, também chamadas de “marés vermelhas”1, 2. Estas microalgas têm um complexo ciclo de vida com alteração dos estágios sexuais vegetativos e transitórios. Com a única exceção conhecida de Noctiluca3, os dinoflagelados típicos têm um ciclo de vida haplôntico. Sob certas condições ambientais, as células vegetativas diferenciam-se em gametas que se fundem e formam um zigoto diplóide. Este último forma um cisto sexual em repouso ou sofre duas divisões meióticas sucessivas sem encistamento de longo prazo. Durante a germinação, os cistos sexuais em repouso passam por meiose4,5,6.

A busca por fatores que regulam a transição da fase vegetativa para a sexual do ciclo de vida tem sido objeto de pesquisas há várias décadas. Em algumas espécies, esta transição pode ser espontânea3, 7. No entanto, como em muitos outros protistas, o sexo em dinoflagelados é considerado uma estratégia de sobrevivência em condições ambientais adversas, como privação de nutrientes, regime de temperatura desfavorável, estresse salino, pastoreio ou parasita. infecção8,9,10,11. As interações entre os fatores que induzem a sexualidade podem ser complexas. Por exemplo, em Alexandrium minutum, o efeito combinado de três fatores, como deficiência de P, baixa salinidade e alta temperatura, aumenta significativamente o rendimento dos planozigotos e cistos de repouso sexual em comparação com o efeito da única deficiência de P e/ou N9 . A presença de um parceiro de acasalamento apropriado também é importante para o sucesso da reprodução sexual em espécies heterotálicas12. Para muitos dinoflagelados, o processo sexual foi descrito em culturas exponenciais ou estacionárias tardias, que são caracterizadas por alta concentração celular e esgotamento de fontes de nutrientes . Em espécies heterotróficas, como Polykrikos kofoidii, a ausência de presas também pode induzir a formação de gametas7. Na verdade, é provável que a disponibilidade de nutrientes desempenhe um papel fundamental na regulação dos ciclos de vida neste grupo de protistas. Nas culturas da maioria dos dinoflagelados, a sexualidade pode ser induzida pela redução ou eliminação do N e/ou P ou pela alteração da sua proporção no meio de cultura8, 16.

Prorocentrum cordatum (atualmente aceito taxonomicamente como sinônimo de Prorocentrum mínimo) é um dinoflagelado planctônico nerítico e o agente causador da proliferação de algas nocivas em todo o mundo . O ciclo de vida de P. cordatum foi descrito recentemente22. Diferentes estágios sexuais, como fusão de gametas, planozigotos e zigotos que se dividem por meiose foram observados na cultura envelhecida, que crescia sem adição de meio fresco e nutrientes por mais de 3 semanas. No entanto, os factores específicos que desencadeiam uma transição da reprodução vegetativa para o sexo não foram relatados até agora. Sugerimos que a deficiência de N e/ou P pode desencadear a reprodução sexuada em P. cordatum.