Polytomella

Polytomella ist eine Gattung von Grünalgen aus der Familie der Duna­liella­ceae in der Ordnung Chlamydomonadales (syn. Volvocales). Die Mitglieder dieser Gattung sind eine freilebende, geißelartige, nicht photo­synthetische Einzeller mit einem stark reduzierten, linearem frag­men­tiertem (aus mehreren DNA-Molekülen bestehenden) Mitochondrien-Genom Mitogenom.Polytomella ist ein evolutionärer Nachkomme der Grünalgen, der seine photosynthetische Fähigkeit verloren hat, und daher ein farbloser Organismus. Sie ähnelt darin der parasitischen Gattung Sapria aus der Familie der Rafflesiengewächse. Ein verwandte Gattung photosynthetischer Grünalgen ist Dunaliella.

Polytomella
P.parva im Konfokalmikroskop; rechts: Hellfeld-, links: Fluoreszenzmikroskopie. Balken 10 μm.
Systematik
ohne Rang: Chloroplastida ohne Rang: Chlorophyta ohne Rang: Chlorophyceae Ordnung: Chlamydomonadales Familie: Dunaliellaceae Gattung: Polytomella
Wissenschaftlicher Name
Polytomella
Aragão

Verschiedene Stadien von P. agilis.

Beschreibung

NO-Biosynthese und -Signaling mittels Arginin.

Die Organismen der Gattung Polytomella sind einzellige vierfach be­geißel­te (quadriflagellate) Mikroalgen. Die Zellen sind birnen- bis ellipsoid- oder fast kugelförmig. Ihnen fehlt eine (Zellulose-)Zellwand, sie können daher in der Form geringfügig veränderlich sein. Sie besitzen einen einzigen Zellkern (uninucleat). Die vier Geißeln, entspringen – typischer­weise in einer kreuzförmigen Anordnung – aus einer aus­ge­präg­ten Papille (Erhebung). Das hintere (posteriore) Ende der Zelle ist gewöhnlich breit gerundet, kann aber auch spitz zulaufen und seltener in mehrere stachel­artige Fortsätze übergehen. Chloroplasten fehlen, die Zellen akkumulieren jedoch zahlreiche Stärkekörnchen (Leukoplasten) im peripheren Zyto­plas­ma. Der Augenfleck (Stigma) ist in der Regel deutlich ausgeprägt, und es können im Zytoplasma zusätzliche stigmaartige, rote Granula vor­han­den sein. Der einzelne Zellkern (Nukleus) liegt zentral oder in der vorderen (anterioren) Hälfte der Zelle. Typischerweise sind zwei oder vier apikale kontraktile Vakuolen vorhanden.

Die ungeschlechtliche Vermehrung erfolgt durch Zweiteilung (Schizotomie – binäre Längsteilung); jede Tochterzelle bekommt dabei zwei Geißeln von der Mutterzelle und nochmals zwei neu gebildete Geißeln. Die vier Geißeln jeder Tochterzelle sind vollständig ausgebildet noch bevor sich die Tochterzellen trennen. Man beobachtet häufige Zystenbildung (englisch encystment); die Beendigung des Zystenstadiums (englisch excystment) führt zur Bildung einer einzigen Zelle.

Die geschlechtliche Vermehrung ist isogam und führt zu einer Planozygote, aus der die vierfach begeißelten motilen Zellen hervorgehen.

Phylogenie und Systematik

Evolution

Stammbaum der Chlorophyta anhand von Mitogenom-Se­quen­zen. Gattungn: Ulva, Pseudendo­clonium, Oltmann­siellopsis, Pyropia, Scenedesmus, Gonium, Chlamydo­monas, Dunaliella.

Polytomella weist Anzeichen dafür auf, dass ihre Vorfahren einst ein funktionsfähiges photosynthetisch aktives Plastid (Chloroplast) besaßen, das sich im Laufe der Evolution sein Genom (Plastom) mitsamt Genexpressionsmechanismen verloren hat. Dabei ist Polytomella vollständig zur Heterotrophie übergegangen und verwendet organische Säuren, Alkohole und Monosaccharide als Kohlenstoffquelle.

Artenliste

Artenliste nach National Center for Biotechnology Information (NCBI) Taxonomy Browser, der AlgaeBase und der World Register of Marine Species (WoRMS) mit Stand August 2023:

Gattung Polytomella H.B.Aragão, 1910

• Polytomella agilis H.B.Aragão, 1910, 1910 (Typusart)
• Polytomella caeca E.G.Pringsheim, 1937
• Polytomella capuana E.G.Pringsheim, 1955
• Polytomella citri Kater, 1925 (nicht in der NCBI-Taxonomie)
• Polytomella magna E.G.Pringsheim, 1955, inkl. Polytomella sp. SAG 63-4
• Polytomella papillata E.G.Pringsheim, 1955, inkl. Polytomella sp. SAG 63-2
• Polytomella parva E.G.Pringsheim, 1955, inkl. Polytomella sp. SAG 63-3
• Polytomella piriformis Pringsheim ex S.M.MacDonald & R.W.Lee, 2015, inkl. Polytomella sp. Pringsheim 63-10, Polytomella sp. SAG 63-10
• Polytomella zerovii Masjuk & Kostikov, 1986 (nicht in der NCBI-Taxonomie)

• Polytomella sp. Pringsheim 198.80
• Polytomella sp. SAG 198.80
• Polytomella sp. SAG 63-2b
• Polytomella sp. SAG 63-9

Etymologie

Polytomella ist die Verkleinerungsform (Diminutiv) von Polytoma (Chlamydomonadaceae).

Polytomella parva

Polytomella parva ist eine Grünalgenart der Gattung Polytomella, mit zwei linearen mitochondrialen DNA-Molekülen. Wie alle Einzeller dieser Gattung ist sie farblos und hat keine Zellwand.

Anmerkungen

1. Planozygoten sind Zygoten, die noch eine Zeit lang die Geißeln der beiden verschmolzenen Gameten tragen, also doppelt so viel wie normal begeißelt sind.

Weblinks

• Robert van Lis, Guillermo Mendoza-Hernández, Georg Groth, Ariane Atteia: New Insights into the Unique Structure of the F_oF₁-ATP Synthase from the Chlamydomonad Algae Polytomella sp. and Chlamydomonas reinhardtii. In: Plant Physiology, Band 144, Nr. 2, Juni 2007, S. 1190–1199; doi:10.1104/pp.106.094060 PDF, ePub 20. April 2007 (englisch).
• Niklas Klusch, Bonnie J. Murphy, Deryck J. Mills, Özkan Yildiz, Werner Kühlbrandt: Structural basis of proton translocation and force generation in mitochondrial ATP synthase. In: eLife, 6. Dezember 2017, doi:10.7554/eLife.33274.
• Christie Wilcox: DNA of Giant ‘Corpse Flower’ Parasite Surprises Biologists. Auf: Quanta Magazine vom 21. April 2021 (englisch), deutsche Übersetzung: Das Geheimnis der parasitischen Riesenblumen. Auf: spektrum.de vom 19. Juli 2022. Rafflesia, Sapria und Polytomella.
• Polytomella Aragão 1910. Auf: Encyclopedia of Life

Einzelnachweise

1. Tatiana Lapina, Vladislav Statinov, Roman Puzanskiy, Elena Ermilova: Arginine-Dependent Nitric Oxide Generation and S-Nitrosation in the Non-Photosynthetic Unicellular Alga Polytomella parva. In: MDPI: Antioxidants, Band 11, Nr. 5, 13. März 2022, doi:10.3390/antiox11050949.
2. H. de Beaurepaire Aragão: Pesquizas sobre a Polytomella agilis n. g., n. sp. In: Memórias do Instituto Oswaldo Cruz, Band 2, Nr. 1, S. 41–57, via AlgaeBase, siehe insbes. Tafel 3.
3. AlgaeBase: Polytomella Aragão, 1910 (Genus).
4. David Roy Smith, Robert W. Lee: A Plastid without a Genome: Evidence from the Nonphotosynthetic Green Algal Genus Polytomella. In: Plant Physiology, Band 164, Nr. 4, April 2014, S. 1812–1819; doi:10.1104/pp.113.233718, PMID 24563281, PMC 3982744 (freier Volltext), Epub: 21. Februar 2014 (englisch).
5. David Roy Smith, Robert W. Lee: Nucleotide diversity of the colorless green alga Polytomella parva (Chlorophyceae, Chlorophyta): high for the mitochondrial telomeres, surprisingly low everywhere else. In: The Journal of Eukaryotic Microbiology, Band 58, Nr. 5, 18. Juli 2011, S. 471–473; doi:10.1111/j.1550-7408.2011.00569.x, PMID 21762422 (englisch).
6. William Inwood, Corinne Yoshihara, Reena Zalpuri, Kwang-Seo Kim, Sydney Kustu: The ultrastructure of a Chlamydomonas reinhardtii mutant strain lacking phytoene synthase resembles that of a colorless alga. In: Molecular Plant, Band 1, Nr. 6, November 2008, S.&bsp;925–937; doi:10.1093/mp/ssn046, PMID 19825593, PMC 2902904 (freier Volltext) (englisch).
7. Vidal Cruz, Stephen Gittleson: The genus Polytomella: A review of classification, morphology, life cycle, metabolism, and motility. In: Archiv für Protistenkunde, Band 124, Nr. 1–2, 1981, S. 1–28; doi:10.1016/s0003-9365(81)80001-2 (englisch).
8. Lingjie Zhou, Lingke Wang, Jianheng Zhang, Chuner Cai: Complete mitochondrial genome of Ulva linza, one of the causal species of green macroalgal blooms in Yellow Sea, China. In: Mitochondrial DNA Part B, Band 1, Nr. 1, 1. Februar 2016; doi:10.1080/23802359.2015.1137806. Bildquelle: ResearchGate.
9. J. Links, A. Verloop, E. Havinga: Some growth experiments with Polytoma uvella on synthetic media. In: Antonie van Leeuwenhoek, Band 27, Nr. 1, Dezember 1961, S. 76–80; doi:10.1007/BF02538425 (englisch).
10. NCBI Taxonomy Browser: Polytomella, Details: Polytomella Aragao, 1910 (genus); graphisch: Polytomella, auf: Lifemap NCBI Version.
11. WoRMS: Polytomella Aragão, 1910 (Genus).
12. Victor Tobiasson, Ieva Berzina. Alexey Amunts: Structure of a mitochondrial ribosome with fragmented rRNA in complex with membrane-targeting elements. In: Nature Communications, Band 13, Nr. 6132, 17. Oktober 2022; doi:10.1038/s41467-022-33582-5. Zitat: „mitoribosome from the alga Polytomella magna harbouring a reduced rRNA split into 13 fragments“.
13. Jinshui Fan, Robert Lee: Mitochondrial Genome of the Colorless Green Alga Polytomella parva: Two Linear DNA Molecules with Homologous Inverted Repeat Termini. In: Molecular Biology and Evolution, Band 19, Nr. 7, 19. Juli 2002, S. 999–1007; doi:10.1093/oxfordjournals.molbev.a004180, PMID 12082120 (englisch).
14. Jinshui Fan, Murray N. Schnare, Robert W. Lee: Characterization of fragmented mitochondrial ribosomal RNAs of the colorless green alga Polytomella parva. In: Nucleic Acids Research, Band 31, Nr. 2, 15. Januar 2003, ISSN 1362-4962, S. 769–778; doi:10.1093/nar/gkg144, PMID 12527787, PMC 140509 (freier Volltext) (englisch).