Fotosymbioza u słodkowodnych orzęsków

Symbiozę możemy zdefiniować jako długotrwałą relację dwóch lub więcej organizmów. Jedną z najlepiej zbadanych symbioz jest ta między koralowcami i jednokomórkowymi glonami. W tym układzie, fotosyntetyzujący symbiont wytwarza cukry, z których korzysta gospodarz, w zamian zapewniając symbiontowi schronienie. Taki rodzaj symbiozy między cudzożywnym gospodarzem i glonem nazywany jest fotosymbiozą. Jest ona powszechna w środowiskach morskich, gdzie symbiotyczne glony mają znaczny wkład w produkcję pierwotną i stanowią istotną część biomasy ekosystemów. Fotosymbiozy umożliwiają wzrost gospodarza w niekorzystnych warunkach umożliwiając mu pozyskiwanie deficytowych składników od partnera. W roli gospodarzy, poza zwierzętami, mogą występować również mikroorganizmy eukariotyczne (protisty) np.: promienice, otwornice i orzęski. W ostatnich latach wykazano również, że takie symbiotyczne układy mogą być bardziej skomplikowane i nie ograniczają się jedynie do gospodarza i symbionta, a w ich funkcjonowaniu i stabilizacji mogą brać udział dodatkowi jednokomórkowi partnerzy.

Ze względu na ewolucyjne znaczenie fotosymbiozy i jej rolę w ekosystemach wodnych rośnie liczba badań układów fotosymbiotycznych w środowiskach morskich. Jednak różnorodność tych układów oraz funkcjonowanie i ewolucja fotosymbiozy w wodach słodkich są wciąż słabo poznane, a większość badań koncentruje się na modelowym orzęsku Paramecium bursaria i jego fotosymbioncie – zielenicy z rodzaju Chlorella. Aby lepiej zrozumieć słodkowodne symbiozy, skupimy się na badaniu różnych gatunków fotosymbiotycznych orzęsków.

W celu poznania różnorodności fotosymbiotycznych orzęsków w wybranych środowiskach słodkowodnych wykorzystamy metody sekwencjonowania krótkich fragmentów DNA. Zbierzemy również takie dane jak dostępność składników odżywczych, temperatura wody, zawartość rozpuszczonego tlenu i dostępność światła, które umożliwią poznanie preferencji środowiskowych, poszczególnych gatunków orzęsków. Charakterystykę gospodarza, symbionta i potencjalnych dodatkowych partnerów w układzie fotosymbiotycznym umożliwi sekwencjonowanie genomów pojedynczych komórek orzęsków izolowanych ze środowiska. Analiza genomów pozwoli również określić interakcje między partnerami, w tym rodzaj i sposób wymiany składników odżywczych. Aby zrozumieć mechanizmy molekularne leżące u podstaw badanych relacji, zastosujemy sekwencjonowanie transkryptomów pojedynczych komórek gospodarzy i symbiontów. Uzyskane dane umożliwią analizę ekspresji genów i pomogą wskazać mechanizmy kontroli interakcji gospodarz-symbiont.

Przeprowadzone badania terenowe umożliwią określenie wpływu czynników środowiskowych na liczebność i różnorodność fotosymbiotycznych orzęsków słodkowodnych. Charakterystyka molekularna gospodarza, symbionta i innych partnerów pomoże zrozumieć molekularne podstawy stabilności i funkcjonowania symbiotycznych układów. Uzyskane wyniki przyczynią się do lepszego zrozumienia zjawiska fotosymbiozy i miksotrofii (czyli mieszanego sposobu odżywiania się na drodze fototrofii i heterotrofii). Jest to szczególnie istotne ze względu na rolę miksotrofów w ekosystemach wodnych w zmieniających się warunkach środowiskowych. Badania układów symbiotycznych na poziomie molekularnym przyczynią się również do lepszego zrozumienia wpływu symbioz na ewolucję eukariontów.