시아니디오시존

Cyanidioschyzon
시아니디오시존
Cyanidioschyzon merolae 10D.jpg
과학적 분류 edit
(순위 미지정): 고형성체
중분류: 진달래속
클래스: 청록조류
주문: 시아니디아목
패밀리: 시아니디아과
속: 시아니디오시존
종류:
메롤레
이항명
시아니디오시존메롤레
P.De Luca, R.Taddei & L.Varano, 1978년[1]

시아니디오시존 메롤라는 고황산성 온천 환경(pH 1.5, 45°[2][3]C)에 적합한 작은(2μm) 단세포 단배체 적색 조류이다.C. merolae의 세포 구조는 매우 단순하며, 단일 엽록체와 단일 미토콘드리아만을 포함하고 있으며, 액포와 세포벽이 [4]없다.또한 세포분열과 세포소립분열을 동기화할 수 있다.이러한 이유로, C. merolae는 생화학 [5][6][7]및 구조생물학뿐만 아니라 세포 및 소기관 분열 과정을 연구하기 위한 훌륭한 모델 시스템으로 여겨진다.이 유기체의 게놈은 [8]2004년에 최초로 완전한 조류 게놈으로 배열되었다; 그것의 플라스티드는 2000년과 2003년에 배열되었고,[9] 그것의 미토콘드리아는 1998년에 배열되었다.그 유기체는 최소화된 세포 [10]조직으로 진핵 세포 중 가장 단순한 세포로 여겨져 왔다.

플라스크와 10리터 카보이에 빨간 조류 C. 메롤레를 기르고 있습니다.붉은 조류로 분류되지만, C. merolae는 청록색입니다: 붉은 색소 피코에리스린 [11]중 하나라도 거의 생성되지 않고, 따라서 두 번째 적색 조류 색소인 피코시아닌과 녹색 색소 [11]엽록소만 보입니다.

문화의 고립과 성장

1978년 De Luca가 Campi Flegrei(이탈리아 [2]나폴리)의 솔파탄 푸마롤로부터 분리한 C. merolae는 Modified Allen의 배지(MA)[7][10][12] 또는 MA2라고 불리는 일부 원소의 두 배 농도로 변형된 형태에서 배양될 수 있습니다.MA 배지를 사용하면 성장 속도가 특별히 빠르지 않고, 약 32시간으로 [7]2배(단위 부피당 세포 배양 시간이 2배로 소요됨)가 됩니다.보다 최적의 매체 MA2를 사용하면 24시간으로 [7]단축할 수 있습니다.배양은 약 50µmol 광자−2 ms−1(δE)[10]의 백색 형광등 아래에서 42°C에서 이루어집니다.단, 버블링을 통해 5%의2 CO가 가해진 90µE의 높은 광강도 하에서는 C. merolae의 성장속도를 더욱 높일 수 있으며, 약 9.[7]2시간의 2배 시간이 소요된다.90µE를 넘으면 성장률이 [7]감소하기 시작하므로 빛이 높을수록 반드시 좋은 것은 아니다.이것은 광합성 기구에 발생하는 광손상 때문일 수 있다.C. merolae는 또한 실험실에서 [7]군락을 선택하거나 균주를 유지하기 위해 겔란 껌 플레이트에서 재배할 수 있습니다.C. merolae는 필수 산소 광영양체이며, 이는 환경에서 고정된 탄소를 흡수할 수 없으며 [10]CO로부터 탄소를2 고정하기 위해 산소 광합성에 의존해야 한다는 것을 의미합니다.

게놈

C. merolae의 16.5 메가베이스 쌍 게놈은 [3]2004년에 배열되었다.축소된 매우 단순하고 콤팩트한 게놈은 20개의 염색체로 구성되어 있으며 5,331개의 유전자를 포함하고 있으며, 이 중 86.3%가 발현된 것으로 확인되었으며 26개만이 엄격한 합의 서열을 포함하는 [3]인트론을 포함하고 있다.놀랍게도, C. merolae의 게놈은 게놈 비교표에서 보듯이 단지 30개의 tRNA 유전자와 극히 적은 수의 리보솜 RNA 유전자 [3]복사본을 포함하고 있다.게놈의 성질이 감소함에 따라 몇 가지 다른 특이한 특징들이 생겨났다.대부분의 진핵생물들은 세포막을 분리하기 위해 필요한 10개 정도의 동력을 가지고 있는 반면, C. merolae는 오직 [3]두 개만을 포함하고 있는데, 이것은 연구자들이 세포소기관 분열을 연구할 때 이용했다.

작은 [8]게놈을 가지고 있지만, C. merolae의 엽록체 게놈은 다른 조류와 [13]식물의 엽록체 게놈에 존재하지 않는 많은 유전자를 포함하고 있다.그것의 유전자는 대부분 [8]인트론리스이다.

분자생물학

대부분의 모델 유기체의 경우처럼 유전자 도구는 C. merolae에서 개발되었습니다.여기에는 C. merolae에서 DNA와 RNA를 분리하는 방법, 일시적 또는 안정적인 변환을 위해 C. merolae로 DNA를 도입하는 방법, 선택 마커로 사용할 수 있는 우라실 보조영양체를 포함한 선택 방법이 포함됩니다.

DNA분리

시아노박테리아 프로토콜에서 파생된 여러 가지 방법이 C. merolae에서 [10][14]DNA를 분리하는 데 사용됩니다.첫 번째는 DNA 증폭 중합효소 연쇄 반응(PCR)[10][15]에 적합한 DNA를 분리하는 데 사용할 수 있는 빠른 추출인 핫 페놀 추출입니다. 여기서 페놀은 전체 세포에 첨가되고 65°C에서 배양되어 [10]DNA를 추출합니다.순수 DNA가 필요한 경우에는 Cetyl Trimethyl 암모늄 브롬화물(CTAB) 방법을 사용할 수 있다.이 방법에서는 먼저 고염분 추출 버퍼를 도포하고 세포를 파괴한 후 클로로포름-페놀 혼합물을 사용하여 상온에서 [10]DNA를 추출한다.

RNA분리

총 RNA는 DNA에 [10]대해 위에서 설명한 핫페놀 방법의 변종을 사용하여 C. merolae 세포에서 추출할 수 있다.

단백질 추출

DNA와 RNA의 경우와 마찬가지로 단백질 추출 프로토콜도 시아노박테리아에서 [10][16]사용되는 프로토콜의 적응이다.환원제 DTT를 포함한 10% 글리세롤 완충액에서 유리구슬과 소용돌이를 사용하여 세포를 파괴하여 단백질 [10]내의 디술피드 결합을 파괴한다.이 추출은 웨스턴 블롯 및 쿠마시 염색용 SDS-PAGE 겔에 사용될 수 있는 변성 단백질을 발생시킵니다.

트랜스폼 선택 및 유라실 보조영양선

C. merolae는 실험실에서 성공적으로 변형된 개인을 선택하기 위해 일반적으로 사용되는 많은 항생제에 민감하지만 일부, 특히 암피실린과 카나마이신에는 [7][17]내성이 있습니다.

C. merolae의 형질전환에 일반적으로 사용되는 선택마커는 우라실 보조영양체(외인성 우라실 필요)를 포함한다.이 돌연변이는 Ura5 [7]유전자에 의해 코드된 유라실 생합성 경로의 효소인 오로티딘 5'-모노인산(OMP) 탈카르복실화효소에 의해 독성 화합물인 5-FOA의 존재 하에서 C. 메롤라를 성장시켜 개발되었다.무작위 돌연변이는 Ura5.3에서 몇 가지 기능상실 돌연변이로 이어졌고, 이는 우라실이 제공되는 [7]한 세포가 5-FOA의 존재 하에서 생존할 수 있게 했다.이 돌연변이를 관심 유전자와 Ura5.3의 기능 복사본을 모두 가진 PCR 조각으로 변형시킴으로써, 연구진은 관심 유전자가 외인성 우라실 없이 자랄 수 있다면 해당 유전자가 C. merolae 게놈에 통합되었음을 확인할 수 있다.

폴리에틸렌 글리콜(PEG) 매개 과도 발현

유전자의 염색체 통합이 안정적인 형질전환체를 만드는 반면, 일시적인 발현을 통해 C. merolae에서 라벨이 부착되거나 수정된 유전자를 사용하여 단기 실험을 할 수 있습니다.폴리에틸렌 글리콜(PEG) 기반의 방법을 사용하여 프로토플라스(강체 세포벽이 효소적으로 제거된 식물 세포)에서 과도 발현이 달성될 수 있으며, C. merolae는 세포벽이 없기 때문에 프로토플라스에서 변형 목적으로 [12]하는 것과 같은 작용을 한다.변형을 위해 세포는 관심 DNA와 함께 30% PEG에 잠깐 노출되어 과도 변형을 [12]일으킨다.이 방법에서는 DNA가 원형원소로 받아들여져 통합을 위한 상동영역이 존재하지 않기 때문에 유기체의 게놈에 통합되지 않는다.

유전자 타겟팅

안정적인 돌연변이 계열을 만들기 위해 유전자 타겟팅은 상동 재조합을 통해 관심 유전자를 C. merolae 게놈의 특정 위치에 삽입하는 데 사용될 수 있다.C. merolae 게놈 내의 배열에 상보적인 관심 유전자의 말단에 수백 개의 염기쌍의 DNA 영역을 포함시킴으로써 생물 자신의 DNA 복구 기구를 사용하여 이들 [18]영역에 유전자를 삽입할 수 있다.여기서 [18]게놈 통합을 가능하게 하는 상동 DNA 세그먼트를 제외하고 과도발현에 사용되는 것과 동일한 변환 절차를 사용할 수 있다.

C. merolae의 동결 골절 깊이 식각 전자 현미경 이미지, 플라스틱이 분열하기 시작한 두 개의 세포를 보여줍니다.교수님의 제공.어슐라 구데노프.

세포분열 및 세포소기관분열 연구

극히 단순한 디비솜, 단순한 세포 구조, 그리고 C. merolae의 분열을 동기화하는 능력은 진핵 세포와 소기관 [3][6]분열의 메커니즘을 연구하기 위한 완벽한 유기체를 만듭니다.배양된 세포에서 세포소기관 분열의 동기화는 매우 단순할 수 있으며 보통 명암 주기의 사용을 수반한다.엽록체 [19]분열을 쉽고 효과적으로 동기화하기 위해 화학 물질인 진피디콜린을 첨가할 수 있다.퍼옥시좀 분할 메커니즘은 최초로 시스템으로서 C. merolae를 사용하여 확인되었으며,[20] 여기서 퍼옥시좀 분할은 빛-암흑 [20]사이클과 더불어 미소관 파괴 약물인 oryzalin을 사용하여 동기화할 수 있다.

광합성 연구

C. merolae는 또한 광합성을 연구하는데 사용된다.특히, C. merolae의 광계 서브유닛 구성은 다른 관련 [21][22]유기체의 서브유닛 구성과 몇 가지 유의미한 차이가 있다.예상대로 C. merolae의 광계 II(PSII)는 [21][23]기능할 수 있는 pH 범위가 특히 특이하다.PSII의 메커니즘은 양성자를 빨리 방출해야 하고 낮은 pH 용액이 이를 위한 능력을 변화시켜야 한다는 사실에도 불구하고, C. merolae PSII는 다른 관련 [21]종과 같은 속도로 물을 교환하고 분열시킬 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

외부 링크

Guiry, M.D.; Guiry, G.M. "Cyanidioschyzon merolae". AlgaeBase. World-wide electronic publication, National University of Ireland, Galway.

레퍼런스

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