Dokument: Plastid longevity in sacoglossan sea slugs
| Titel: | Plastid longevity in sacoglossan sea slugs | |||||||
| Weiterer Titel: | Plastiden Langlebigkeit in Sacoglossan Meeresschnecken | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=45644 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20180413-134603-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Rauch, Cessa [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Martin, William F. [Gutachter] Dr. Gould, Sven B. [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Sacoglossa, kleptoplasty, photosynthetic slugs, plastids | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Some species of marine gastropods within the Sacoglossa family are the only Metazoa known to sequester active plastids (called kleptoplasts) from algae into their own cells. These ‘green slugs’ were discovered some 140 years ago and later described as ‘leaves that crawl’ due to their leaf-like appearance and photosynthetically active kleptoplasts. Science was unsuccessful in explaining the true contribution and benefits of functional kleptoplasty within Sacoglossa. Therefore, this dissertation tries to explain (i) what are the contributions of the slugs and kleptoplasts to maintain kleptoplasts photosynthetically active for months, separated from algal nuclear genes? And (ii) what benefit do slugs truly reap from kleptoplasts?
One topic that received a lot of attention, also in the popular press, was the presumed presence of laterally transferred genes from algae to slug (LGT). LGT was considered as the cause for autonomous kleptoplast functionality within the slugs’ cells, despite the absence of algae nuclei. Many manuscripts were published that dealt with what genes had been transferred and what the frequency might be. However, as described in this dissertation, later work has proved beyond doubt that the reads for genes of algae origin were founded upon RNA and DNA remaining from the original food source. In recent years, the idea of LGT in slugs to explain kleptoplast longevity has been replaced with the idea of a more general ‘algae plastid robustness’ — some isolated algal plastids are able to continue to fix CO2 much longer than plastids isolated from land plants. Various studies measured CO2 fixation of the slugs and upon starvation in all cases the levels of CO2 fixed decreased. In Rauch et al. 2017b it was calculated how much the slugs truly benefit from ongoing CO2 fixation by their kleptoplasts. This depends on the developmental time, size, weight and carbon turnover time of the slugs. It turned out that, for the species Elysia timida, a mere 0.25% of the slugs carbon stems from the kleptoplasts’ CO2 fixation. Which explains the slugs decrease in body size and loss of weight during starvation, despite presence of functional kleptoplasts. This independency on kleptoplast CO2 fixation was confirmed by feeding the polyphagous sea slug Elysia viridis with an algal species from which no kleptoplasts are incorporated — it had no influence on the slugs’ survival rate during starvation. It seems that the actual contribution of kleptoplast photosynthesis to the energy demand of the slugs is not a prerequisite to survive periods of starvation. However, this does not imply that kleptoplasts are not somehow beneficial for the slugs. In Rauch et al. 2017b available RNA-seq data of the two congenic slug species Elysia cornigera and Elysia timida was analysed. The findings revealed how the oxidative phosphorylation pathways are notably upregulated during starvation in E. timida. With these results, it is hypothesized how the kleptoplasts could act as alternative providers of reducing equivalents to prolong the slugs’ survival from cellular starvation. It seems that the actual contribution of kleptoplast photosynthesis to the energy demand of the slugs is not a prerequisite to survive periods of starvation. The dissertation at hand offers new insights into the interplay of kleptoplasts and slugs and provides new avenues from which one can explore Sacoglossa in the future.Einige Arten von Meeresschnecken innerhalb der Familie Sacoglossa sind die einzigen bekannten Metazoen, die in der Lage sind, funktionsfähige, aktive Plastiden aus ihrer Algennahrung zu isolieren und in ihre eigenen Zellen zu integrieren (Kleptoplasten). Diese grünen Nacktschnecken wurden vor etwa 140 Jahren entdeckt und später aufgrund ihres blattartigen Aussehens und ihren photosynthetisch aktiven Kleptoplasten als "leaves that crawl" beschrieben. Es war bislang noch nicht möglich, den wahren Beitrag und den Nutzen der funktionalen Kleptoplasten innerhalb der Sacoglossa zu entschlüsseln. Daher versucht diese Dissertation zu erklären, was (i) die Beiträge der Schnecken und Kleptoplasten sind, um die Kleptoplasten auch getrennt vom Zellkern der Algen über Monate hinweg photosynthetisch aktiv zu halten und (ii) welchen Nutzen die Schnecken wirklich aus den Kleptoplasten ziehen. Ein möglicher Grund, der viel Aufmerksamkeit, auch in der Presse, erzielte, war ein mutmaßliches Vorhandensein lateral von der Alge zur Schnecke transferierter Gene. Der laterale Gentransfer (LGT) wurde als Ursache dafür angesehen, dass der Kleptoplast trotz Abwesenheit der Zellkerne der Algen über einen langen Zeitraum funktionstüchtig blieb. Über Jahrzehnte wurden viele Manuskripte veröffentlicht, die sich damit beschäftigten, welche Gene übertragen wurden und wie hoch die Häufigkeit der Übertragungen sein könnte. Eine Arbeit dieser kumulativen Dissertation hat jedoch zweifelsfrei gezeigt, dass die Lesevorgänge für Gene, die aus Algen stammen, auf RNA und DNA beruhten, die von der ursprünglichen Nahrungsquelle übriggeblieben sind (neben möglicher Kontamination). In den letzten Jahren wurde die Idee des LGT in Schnecken zur Erklärung der Langlebigkeit von Kleptoplasten durch die Idee einer allgemeineren "Algenplastid-Robustheit" ersetzt – einige aus Algen isolierte Plastiden können CO2 länger fixieren als Plastiden, die aus Landpflanzen isoliert wurden. In verschiedenen Studien wurde die CO2-Fixierung der Nacktschnecken gemessen und bei Hunger war die Menge an fixiertem CO2 in allen Fällen verringert. Wie stark die Schnecken von der fortlaufenden CO2-Fixierung durch ihre Kleptoplasten wirklich profitieren, wurde in einer weiteren Arbeit dieser Dissertation untersucht. Dieses hängt von der Entwicklungszeit, der Größe, dem Gewicht und der Kohlenstoffumsatzzeit der Schnecken ab. Es stellte sich heraus, dass für die Art Elysia timida nur 0,25% des Kohlenstoffs der Schnecken aus der CO2-Fixierung der Kleptoplasten stammen, was die Abnahme der Körpergröße und den Gewichtsverlust trotz der Anwesenheit von funktionalen Kleptoplasten während des Hungers erklärt. Dass die Schnecken nicht von der CO2-Fixierung der Kleptoplasten abhängig sind, wurde durch Fütterungen der polyphagen Schnecke Elysia viridis mit einer Algenart bestätigt, aus der die Schnecken keine Kleptoplasten erlangen können – die Überlebensrate der Schnecken während des Hungerns unterschied sich nicht von der Schnecken mit Kleptoplasten. Es scheint, dass der tatsächliche Beitrag der Kleptoplast-Photosynthese zum Energiebedarf der Nacktschnecken keine Voraussetzung für das Überleben von Hungerperioden ist. Dies impliziert jedoch nicht, dass Kleptoplasten nicht auf irgendeine Art für die Nacktschnecken vorteilhaft sind. In einer weiteren dieser Dissertation zugrundeliegenden Arbeit wurden RNA-Seq-Daten der beiden kongenen Schneckenarten Elysia conigera und Elysia timida analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die oxidativen Phosphorylierungswege während des Hungerns in E. timida bemerkenswert hoch reguliert sind. Dieses ließ Hypothesen zu, dass die Kleptoplasten als alternativer Anbieter von Reduktionsäquivalenten agieren können, um das Überleben durch zellulären Hunger zu verlängern. Die vorliegende Arbeit bietet neue Einblicke in das Zusammenspiel von Kleptoplasten und Nacktschnecken und eröffnet neue Wege, um Sacoglossa in Zukunft zu erkunden. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 13.04.2018 | |||||||
| Dateien geändert am: | 13.04.2018 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 22.02.2018 | |||||||
| Datum der Promotion: | 10.04.2018 |
