Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας μελετήθηκε η ακραιοφιλική συμπεριφορά του
μονοκύτταρου χλωροφύκους Trebouxia crenulata, που αποτελεί τον φωτοβιώτη των
λειχήνων του είδους Ramalina capitata. Το απομονωμένο από τον λειχήνα
χλωροφύκος, παρουσίασε μια απρόσμενη αλληλεπίδραση με χαρακτηριστικά
συμβιωτικής σχέσης αμοιβαιότητας με ένα βακτήριο δυνητικά φωτοσυνθετικό, όπως
φάνηκε από τον φασματικό χαρακτηρισμό των χρωστικών του. Οι πληθυσμοί
χλωροφύκους και βακτηρίου συνυπήρχαν χωρίς η κυριαρχία του ενός να καταπονεί ή
να εκμηδενίζει τον άλλο, ενώ η παρουσία του βακτηρίου παρατηρήθηκε να επιταχύνει
τον κατά κανόνα χαμηλό ρυθμό ανάπτυξης του χλωροφύκους. Διερευνήθηκε η
απόκριση τόσο του συμβιωτικού σχήματος, όσο και του κάθε μικροοργανισμού
ξεχωριστά, στην έκθεσή τους σε υψηλή αλατότητα και επιχειρήθηκε να εξακριβωθεί
εάν η αλληλεπίδρασή τους έχει θετικό ή αρνητικό αντίκτυπο στην ανθεκτικότητα του
χλωροφύκους. Το συμβιωτικό σχήμα επέδειξε αξιοσημείωτη ανθεκτικότητα σε
αλατότητα έως 50‰, καθώς μετά από 66 ώρες επώασης ο φωτοσυνθετικός
μηχανισμός του χλωρφύκους δεν έδειξε σαφή ίχνη καταπόνησης και το βακτήριο
αναπτύχθηκε κανονικά σε στερεές καλλιέργειες. Η ακραία χαμηλή θερμοκρασία (-
196 oC/ 77K) και πλήρης αφυδάτωση είχε το ίδιο αποτέλεσμα, καταδεικνύοντας ένα
παρόμοιο εύρος ανθεκτικότητας των δύο αλληλεπιδρώντων μικροοργανισμών. Ο
μοριακος χαρακτηρισμός του βακτηρίου βάσει της αλληλούχισης τμήματος της 16S
rRNA περιοχής του, έδειξε ότι ανήκει στο γένος Methylobacterium, ενώ η
αλληλούχιση ειδικής για το είδος περιοχής του γονιδίου rpoΒ του μεθυλοβακτηρίου,
έδειξε μεγάλη ομοιότητα (94%) του στελέχους με το Methylobacterium populi.
Πρόκειται για ένα είδος με ικανότητα προώθησης της φυτικής ανάπτυξης μέσω
παραγωγής αυξίνης (ΙΑΑ) και αποτοξικοποίησης του περιβάλλοντός του. Η
επανάληψη των παραπάνω πειραμάτων σε αξενικές καλλιέργειες χλωροφύκους T.
crenulata (μετά τον επιτυχή διαχωρισμό του από το μεθυλοβακτήριο), ανέδειξε την
αδυναμία του να ανταπεξέλθει στην καταπόνηση εξίσου καλά με το συμβιωτικό
σχήμα. Τα παραπάνω αποτελέσματα καταδεικνύουν μια σαφώς θετική
αλληλεπίδραση του μεθυλοβακτηρίου με το χλωροφύκος T. crenulata ως προς την
ακραιοφιλική συμπεριφορά. Τόσο το συμβιωτικό σχήμα, όσο και η αξενική
καλλιέργεια του χλωροφύκους αδυνατούν να παράγουν υδρογόνο (Η2) σε ανοξικές
συνθήκες. Αυτό συμφωνεί με προηγούμενα δεδομένα του εργαστηρίου σύμφωνα με
τα οποία λειχήνες του γένους Ramalina που εξετάστηκαν για την ικανότητα
παραγωγής υδρογόνου, ήταν οι μοναδικοί που παρουσίασαν μηδενική ή πολύ
περιορισμένη παραγωγή. Για να προταθεί στο μέλλον ένας σαφής μηχανισμός της
συμβιωτικού τύπου αλληλεπίδρασης των δύο μικροοργανισμών, αλλά και να
διαλευκανθεί η πιθανότητα συνύπαρξής τους και στο μικρο-οικοσύστημα του
λειχήνα, απαιτείται περεταίρω ενδελεχής μελέτη, τόσο σε μοριακό, όσο και σε
βιοχημικό επίπεδο.
(EL)
This work focuses on the extremophilic behavior of the unicellular green alga
Trebouxia crenulata, which is the photobiont of Ramalina capitata lichen species.
The algal strain that was isolated from the lichen thallus, showed an unexpected
mutualistic interaction with a potentially photosynthetic bacterial strain, as derived
from the spectral characterization of its pigments. The populations of the two
interacting microorganisms coexisted and although each population outnumbered the
other under different circumstances, both of them remained viable and robust. A rise
in the bacterial population was able to accelerate the otherwise low growth rate of the
algae. In order to elucidate whether the observed interaction affects the
extremotolerance of the algae in a positive or negative fashion, we comparatively
investigated the response of this mutualistic scheme to extreme salinity, low
temperature and dessication, in contrast to the response of each partner separately.
Interestingly, the mutualistic scheme exhibited remarkable tolerance to salinity up to
50‰, since, after 66 hours of incubation in the respective medium, the photosynthetic
apparatus of the algae remained completely functional, while the bacteria showed
normal growth on petri dishes. Extreme low temperature (-196 oC/ 77K) and
dessication had the same effect on both microorganisms, indicating compatibility in
their extremotolerance ranges. The bacterial strain belongs to the genus
Methylobacterium, according to its 16S rRNA sequenced region, while its species
specific rpoΒ region sequence shows 94% similarity with the respective region of
Methylobacterium populi. This particular species has been described to promote plant
growth through producing IAA and detoxifying its environment. In the repetition of
the above abiotic stress experiments on axenic cultures of T. crenulata (after
successfully isolating the strain), the algae failed to cope with the extreme conditions
adequately to the mutualistic scheme. As is evident from the overall results, the
studied bacterial-algal interaction has a positive impact on the extremotolerance of T.
crenulata. Moreover, the mutualistic scheme as well as the axenic algal culture failed
to produce hydrogen (H2) in anaerobic conditions. This is in accordance with previous
results from our lab, which indicate that lichen species of the genus Ramalina tested
for hydrogen production, were the only ones that failed to exhibit considerable
amounts of hydrogen. In order to propose a specific mechanism of the above
mutualism, in addition to elucidating the possibility of the two microorganisms
coexisting in lichen microecosystems, thorough molecular and biochemical analysis is
to be performed.
(EN)
