Valve morphogenesis and silicon dynamics in the synchronized culture of Ulnaria danica

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Formation of diatom siliceous cell walls occurs inside the cells and depends on the availability of silicon from the environment. In the current work we have studied the valve morphogenesis of a freshwater pennate diatom Ulnaria danica in a laboratory culture synchronized by silica starvation and absence of light. Approximate timelines were established for the initiation of valve synthesis and formation of its major components. It was shown that the silicon surge uptake takes place, e.g. silicon concentration in the medium reduces during the first 30 minutes after the addition of silicon to a synchronized culture. During the formation of main valve elements, intracellular silicon pool is lower than it is after the end of synchronization, returning to the original level only 90 minutes after the addition of silica and beginning of the morphogenesis.

About the authors

Ye. D. Bedoshvili

Limnological Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: marchenkov.am@bk.ru
Russian Federation, Ulan-Batorskaya Str., 3, Irkutsk, 664033

N. A. Volokitina

Limnological Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: marchenkov.am@bk.ru
Russian Federation, Ulan-Batorskaya Str., 3, Irkutsk, 664033

A. M. Marchenkov

Limnological Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: marchenkov.am@bk.ru
Russian Federation, Ulan-Batorskaya Str., 3, Irkutsk, 664033

References

  1. Armbrust E.V., Berges J.A., Bowler C. et al. 2004. The genome of the diatom Thalassiosira pseudonana: Ecology, evolution, and metabolism. Science 306: 1-33. doi: 10.1126/science.1101156
  2. Azam F. 1974. Silicic acid uptake in diatoms studied with [68Ge] germanic acid as a tracer. Planta 121: 205-212. doi: 10.1007/BF00389321
  3. Bukhtiyarova L.N., Compère P. 2006. New taxonomical combinations in some genera of Bacillariophyta. Algology 16: 280-283.
  4. Conway H.L., Harrison P.J. 1977. Marine diatoms grown in chemostats under silicate or ammonium limitations IV. Transient response of Chaetoceros debilis, Skeletonema costatum, and Thalassiosira gravida to a single addition of the limiting nutrient. Marine Biology 43: 33-43. doi: 10.1007/BF00392568
  5. Cox E., Kennaway G. 2004. Studies of valve morphogenesis in pennate diatoms: investigating aspects of cell biology in a systematic context. In: 17th International Diatom Symposium, pp. 35-48.
  6. Drum R.W., Pankratz S. 1964. Pyrenoids, raphes, and other fine structure in diatoms. American Journal of Botany 51: 401-418. doi: 10.2307/2439832
  7. Grachev M.A., Denikina N.N., Belikov S.I. et al. 2002. Elements of the active center of silicon transporters in diatoms. Molecular Biology 36: 534-536. doi: 10.1023/A:1019860628910
  8. Grachev M.A., Bedoshvili Y.D., Gerasimov E.Y. et al. 2017. Silica-containing inclusions in the cytoplasm of diatom Synedra acus. Doklady Biochemistry and Biophysics 472: 44-48. doi: 10.1134/S1607672917010124
  9. Guideline 52.24.433-95. 1995. Guidelines for the determination of silicon in natural and treated wastewater. Rostov-on-Don, 8. (In Russian)
  10. Hervé V., Derr J., Douady S. et al. 2012. Multiparametric analyses reveal the pH-dependence of silicon biomineralization in diatoms. PLoS One 7. doi: 10.1371/journal.pone.0046722
  11. Hildebrand M., Volcani B.E., Gassmann W. et al. 1997. A gene family of silicon transporters. Nature 385: 688-689. doi: 10.1038/385688b0
  12. Hildebrand M., Dahlin K., Volcani B.E. 1998. Characterization of a silicon transporter gene family in Cylindrotheca fusiformis: sequences, expression analysis, and identification of homologs in other diatoms. Molecular Genetics and Genomics 260: 480-486. doi: 10.1007/s004380050920
  13. Kaluzhnaya Ol.V., Likhoshway Ye.V. 2007. Valve morphogenesis in an araphid diatom Synedra acus subsp. radians. Diatom Research 22: 81-87. doi: 10.1080/0269249X.2007.9705696
  14. Kharitonenko K., Bedoshvili Ye., Likhoshway Ye. 2015. Changes in the micro- and nanostructure of siliceous frustule valves in the diatom Synedra acus under the effect of colchicine treatment at different stages of the cell cycle. Journal of Structural Biology 190: 73-80. doi: 10.1016/j.jsb.2014.12.004
  15. Martin-Jézéquel V., Hildebrand M., Brzezinski M.A. 2000. Silicon metabolism in diatoms: implication for growth. Journal of Phycology 36: 821-840. doi: 10.1046/j.1529-8817.2000.00019.x
  16. Petrova D.P., Bedoshvili Y.D., Shelukhina I.V. et al. 2007. Detection of the silicic acid transport protein in the freshwater diatom Synedra acus by immunoblotting and immunoelectron microscopy. Doklady Biochemistry and Biophysics 417: 295-298. doi: 10.1134/S1607672907060014
  17. Reimann B.E.F. 1964. Deposition of silica inside a diatom cell. Experimental Cell Research 34: 605-608. doi: 10.1016/0014-4827(64)90248-4
  18. Safonova T.A., Annenkov V.V., Chebykin E.P. et al. 2007. Aberration of morphogenesis of siliceous frustule elements of the diatom Synedra acus in the presence of germanic acid. Biochemistry (Moscow) 72: 1261-1269. doi: 10.1134/s0006297907110132
  19. Sapriel G., Quinet M., Heijde M. et al. 2009. Genome-wide transcriptome analyses of silicon metabolism in Phaeodactylum tricornutum reveal the multilevel regulation of silicic acid transporters. PLoS One 4. doi: 10.1371/journal.pone.0007458
  20. Schmid A.-M., Volcani B. 1983. Wall morphogenesis in Coscinodiscus wailesii. I. Valve morphology and development of its architecture. Journal of Phycology 19: 387-402. doi: 10.1146/annurev-physiol-012110-142145
  21. Sullivan C.W. 1976. Diatom mineralization of silicic-acid. I. Si(OH)4 transport characteristics in Navicula pelliculosa. Journal of Phycology 12: 390-396. doi: 10.1111/j.1529-8817.1976.tb02862.x
  22. Sullivan C.W. 1977. Diatom mineralization of silicic acid. II. Regulation of Si(OH)4 transport rates during the cell cycle of Navicula pelliculosa. Journal of Phycology 13: 86-91. doi: 10.1111/j.1529-8817.1977.tb02892.x
  23. Thamatrakoln K., Hildebrand M. 2008. Silicon uptake in diatoms revisited: A model for saturable and nonsaturable uptake kinetics and the role of silicon transporters. Plant Physiology 146: 1397-1407. doi: 10.1104/pp.107.107094
  24. Thamatrakoln K., Korenovska O., Niheu A.K. et al. 2012. Whole-genome expression analysis reveals a role for death-related genes in stress acclimation of the diatom Thalassiosira pseudonana. Environmental Microbiology 14: 67-81. doi: 10.1111/j.1462-2920.2011.02468.x
  25. Thompson A.S., Rhodes J.C., Pettman I. 1988. Culture collection of algae and protozoa: catalogue of strains. Kendal: Natural Environmental Research Council Press.
  26. Williams D.M., Round F.E. 1987. Revision of the genus Fragilaria. Diatom Research 2: 267-288. doi: 10.1080/0269249X.1987.9705004

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2019 Bedoshvili Y.D., Volokitina N.A., Marchenkov A.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».