Combined toxicity of two crystalline phases (anatase and rutile) of Titania nanoparticles towards freshwater microalgae: Chlorella sp

In view of the increasing usage of anatase and rutile crystalline phases of titania NPs in the consumer products, their entry into the aquatic environment may pose a serious risk to the ecosystem. In the present study, the possible toxic impact of anatase and rutile nanoparticles (individually and in binary mixture) was investigated using freshwater microalgae, Chlorella sp. at low exposure concentrations (0.25, 0.5 and 1 mg/L) in freshwater medium under UV irradiation. Reduction of cell viability as well as a reduction in chlorophyll content were observed due to the presence of NPs. An antagonistic effect was noted at certain concentrations of binary mixture such as (0.25, 0.25), (0.25, 0.5), and (0.5, 0.5) mg/L, and an additive effect for the other combinations, (0.25, 1), (0.5, 0.25), (0.5, 1), (1, 0.25), (1, 0.5), and (1, 1) mg/L. The hydrodynamic size analyses in the test medium revealed that rutile NPs were more stable in lake water than the anatase and binary mixtures at 6 h, the sizes of anatase (1 mg/L), rutile NPs (1 mg/L), and binary mixture (1, 1 mg/L) were 948.83 +/- 35.01 nm, 555.74 +/- 19.93 nm, and 1620.24 +/- 237.87 nm, respectively]. The generation of oxidative stress was found to be strongly dependent on the crystallinity of the nanoparticles. The transmission electron microscopic images revealed damages in the nucleus and cell membrane of algal cells due to the interaction of anatase NPs, whereas rutile NPs were found to cause chloroplast and internal organelle damages. Mis-shaped chloroplasts, lack of nucleus, and starch-pyrenoid complex were noted in binary-treated cells. The findings from the current study may facilitate the environmental risk assessment of titania NPs in an aquatic ecosystem. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effects of CO2 enrichment on microstructure and ultrastructure of two species of freshwater green algae

order to investigate the morphological response of freshwater green algae to elevated CO2 concentration, Chlamydomonas reinhardtii Dang and Scenedesmus obliquus Kutz were cultured with enriched CO2, and their microstructure and ultrastructure were examined by microscopy and electron microscopy. The effect of CO2 enrichment to 186 mumol/L, was insignificant on the shape and size of C. reinhardtii, but significant in reducing the volume of S. obliquus. High-CO2 increased the amount of chloroplast. The pyrenoids occurred in low-CO2-grown cells but not in high-CO2-grown ones and more starch granules were observed in the former.

Ultrastructure and phylogeny of peridinioid dinoflagellates

Os dinoflagelados são um grupo muito diverso de protistas que possuem um conjunto de características pouco comuns. Os peridinióides são dinoflagelados com teca que é formada por seis séries latitudinais de placas, incluindo a série cingular e um anel incompleto de placas intercalares anteriores, embora as últimas estejam ausentes em algumas espécies de Peridiniopsis. São dinoflagelados com simetria bilateral em relação ao plano apical que contem o eixo dorso-ventral. Na série sulcal há apenas uma placa posterior que contacta com o limite ventral de duas grandes placas antapicais. Entre os peridinióides, a presença ou ausência de um poro apical e o número de placas no cíngulo são geralmente consideradas marcas filogenéticas importantes ao nível de género ou família. Actualmente, a definição de Peridinium Ehrenberg, o dinoflagelado mais comum de água doce, inclui organismos com combinações diferentes destas duas características. Trabalhos anteriores sobre a ultrastrutura e afinidade filogenética das espécies tipo de Peridinium, P. cinctum, e Peridiniopsis Lemmermann, P. borgei também sugerem a necessidade de reexaminar as relações taxonómicas dos peridinióides. Esta tese combina o estudo ultrastrutural de uma selecção de espécies com hipóteses filogenéticas baseadas nas sequências de LSU rDNA, para aumentar o nosso conhecimento das diferenças e afinidades dentro dos peridinióides. Tem como objectivo aumentar o nosso conhecimento das características individuais das células que possam levar a reconhecer sinapomorfias que possam ser usadas como marcadores dos peridinióides como um todo e dos seus subgrupos. As espécies escolhidas para exame pormenorizado foram: Peridinium palatinum Lauterborn, de um grupo com duas placas intercalares anteriores, seis placas cingulares e sem poro apical; Peridinium lomnickii Wo!oszy"ska, de um grupo com poro apical, três placas intercalares e seis cingulares; Peridiniopsis berolinensis (Lemmermann) Bourrelly, uma espécie heterotrófica com poro apical, sem placas intercalares e com seis placas cingulares; e Sphaerodinium cracoviense Wo!oszy"ska, um membro de um género de formas com teca com um tipo de tabulação marginalmente peridinióide, com um suposto poro apical e quatro placas intercalares anteriores. Peridinium palatinum difere de Peridinium e Peridiniopsis típicos, quer em características da teca, quer internas. As diferenças estimadas entre as sequências parciais de LSU rDNA de P. palatinum e a espécie próxima P. pseudolaeve, relativamente a P. cinctum são comparativamente grandes e, juntamente com a topologia da árvore filogenética, apoiam a separação de P. palatinum e formas próximas ao nível de género. Palatinus nov. gen. foi, então, descrito com as novas combinações Palatinus apiculatus nov. comb. (espécie tipo; sin. Peridinium palatinum), P. apiculatus var. laevis nov. comb. e P. pseudolaevis nov. comb.. As características distintivas de Palatinus incluem uma superfície das placas lisa ou um tanto granulosa, mas não areolada, um grande pirenóide central penetrado por canais citoplasmáticos e de onde radiam lobos plastidiais, e a presença de uma fiada microtubular homóloga à de um pedúnculo. As células de Palatinus saem da teca pela zona antapicalpos- cingular. Peridinium lomnickii apresenta tabulação semelhante às formas marinhas, produtoras de quistos calcários, do género Scrippsiella A.R. Loeblich. Para comparação, adicionámos novas observações ultrastruturais de S. trochoidea. Peridinium lomnickii tem uma combinação de características diferente de Peridinium, Peridiniopsis e Scrippsiella. As hipóteses filogenéticas baseadas em DNA colocam P. lomnickii no mesmo ramo que Pfiesteria Steidinger et Burkholder, Tyrannodinium e outras Pfiesteriaceae, com as quais partilha um "microtubular basket" e uma ligação peculiar entre duas placas do sulco. As características distintivas do novo género proposto Chimonodinium gen. ined. incluem, além da tabulação, a ausência de pirenóides, a presença de um "microtubular basket" com quatro ou cinco fiadas sobrepostas de microtúbulos associados a um pequeno pedúnculo, um sistema pusular com tubos pusulares bem definidos ligados aos canais flagelares, e a produção de quistos não calcários. Peridiniopsis berolinensis partilha várias características significativas com Pfiesteria e afins, como um "microtubular basket" com a capacidade de suportar um tubo de alimentação, quimiossensibilidade para encontrar presas apropriadas, o modo de natação junto às presas e a organização geral da célula. Hipóteses filogenéticas com base em LSU rDNA confirmam a afinidade entre P. berolinensis e Pfiesteria bem como a relação mais remota com a espécie tipo de Peridiniopsis, P. borgei. Estas razões justificam a proposta de Tyrannodinium gen. nov., uma nova Pfiesteriaceae que difere de outros membros do grupo por viver em água doce e nos pormenores da tabulação. Sphaerodinium cracoviense revelou a tabulação típica do género Sphaerodinium, que apresenta um número de placas intercalares superiores e pos-cingulares maior que o que é típico em peridinióides: 4 e 6, respectivamente. Observações em SEM mostraram uma estrutura apical diferente da dos peridinióides, e um sulco apical numa das placas fazendo lembrar a área apical de alguns woloszynskióides. Os pormenores do aparelho flagelar e do sistema pusular ligam o Sphaerodinium aos woloszynskióides em geral e ao género Baldinia em particular, mas não aos peridinióides. O volumoso estigma de S. cracoviense revelou ser extraplastidial e de um modelo único, composto por elementos que se encontram em woloszynskióides, mas nunca encontrados anteriormente juntos. A análise filogenética baseada nas sequências parciais de LSU rDNA também sugerem uma maior proximidade de S. cracoviense com os woloszynskióides do que com os peridinióides. Futuras análises pormenorizadas de dinoflagelados peridinióides, em especial entre os do numeroso grupo de espécies com poro apical, serão necessárias para clarificar as suas relações taxonómicas; e a produção de descrições melhoradas das características finas particulares das células serão um requisito para perceber a evolução dos caracteres dos peridinióides por forma a podermos identificar marcadores filogenéticos.

Ccm1, a regulatory gene controlling the induction of a carbon-concentrating mechanism in Chlamydomonas reinhardtii by sensing CO2 availability

Aquatic photosynthetic organisms, including the green alga Chlamydomonas reinhardtii, induce a set of genes for a carbon-concentrating mechanism (CCM) to acclimate to CO2-limiting conditions. This acclimation is modulated by some mechanisms in the cell to sense CO2 availability. Previously, a high-CO2-requiring mutant C16 defective in an induction of the CCM was isolated from C. reinhardtii by gene tagging. By using this pleiotropic mutant, we isolated a nuclear regulatory gene, Ccm1, encoding a 699-aa hydrophilic protein with a putative zinc-finger motif in its N-terminal region and a Gln repeat characteristic of transcriptional activators. Introduction of Ccm1 into this mutant restored an active carbon transport through the CCM, development of a pyrenoid structure in the chloroplast, and induction of a set of CCM-related genes. That a 5,128-base Ccm1 transcript and also the translation product of 76 kDa were detected in both high- and low-CO2 conditions suggests that CCM1 might be modified posttranslationally. These data indicate that Ccm1 is essential to control the induction of CCM by sensing CO2 availability in Chlamydomonas cells. In addition, complementation assay and identification of the mutation site of another pleiotropic mutant, cia5, revealed that His-54 within the putative zinc-finger motif of the CCM1 is crucial to its regulatory function.

The Intracellular Localization of Ribulose-1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase in Chlamydomonas reinhardtii1

The pyrenoid is a proteinaceous structure found in the chloroplast of most unicellular algae. Various studies indicate that ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) is present in the pyrenoid, although the fraction of Rubisco localized there remains controversial. Estimates of the amount of Rubisco in the pyrenoid of Chlamydomonas reinhardtii range from 5% to nearly 100%. Using immunolocalization, the amount of Rubisco localized to the pyrenoid or to the chloroplast stroma was estimated for C. reinhardtii cells grown under different conditions. It was observed that the amount of Rubisco in the pyrenoid varied with growth condition; about 40% was in the pyrenoid when the cells were grown under elevated CO2 and about 90% with ambient CO2. In addition, it is likely that pyrenoidal Rubisco is active in CO2 fixation because in vitro activity measurements showed that most of the Rubisco must be active to account for CO2-fixation rates observed in whole cells. These results are consistent with the idea that the pyrenoid is the site of CO2 fixation in C. reinhardtii and other unicellular algae containing CO2-concentrating mechanisms.