Changing the dogma of phosphorus storage in phytoplankton

Abstract

[cat] Els microorganismes marins fotosintètics, és a dir, el fitoplàncton, són responsables de la producció primària global i són la base de les xarxes alimentàries oceániques. Les diatomees, particularment Phaeodactylum tricornutum, han emergit com organismes model excepcionals per a l’estudi d’amplis processos biològics. Els inositol fosfats (InsPs), inositols fosforilats amb un a sis grups fosfat, han rebut una atenció significativa a causa de la seva rellevància biològica. Basant-nos en dades preliminares, sospitàvem que l’emmagatzematge del fòsfor a les diatomees no es produeix en forma de polifosfats (poliP) sinó com a InsPs, un canvi complet en el dogma de com s’emmagatzema el fòsfor. Per investigar això, vam desenvolupar i implementar mètodes fiables per quantificar tant el polifosfat com les InsPsen cèl·lules de diatomea. Primer, vam cofirmar mitjançant microscòpia confocal i tinció amb DAPI que les cèl·lules eren capaces d’emmagatzemar fòsfor en vesícules. Mitjançant l’optimització d’un protocol de fenol/cloroform i separació amb gels de TBE-urea, vam purificar i visualitzar els compostos d’emmagatzematge de les cèl·lules de P. tricornutum. Sorprenentment, els nostres experiments van suggerir sa presència d’InsPs en les cèl·lules quan vam utilitzar una fitasa comercial, mentre que el poliP era absent després de la digestió amb una polifosfatasa específica. A més, vam buscar expressar una proteïna similar a una fitasa codificada per diatomees, així com la cianobacteria marina predominant Phroclorococcus, com una estrategia per obtenir fòsfor en ecosistemas empobrit de nutrients. Descobrir noves perspectives sobre els rols dels InsPs dins microorganismes marins ens permetrà comprendre completament les intricades funcions moleculars i biològiques.

[spa] Los microorganismos fotosintéticos marinos, es decir, el fitoplancton, son responsables de la producción primaria global y la base de las cadenas alimentarias oceánicas. Las diatomeas, particularmente Phaeodactylum tricornutum, han surgido como organismos modelo excepcionales para estudiar una amplitud de procesos biológicos. Los inositoles fosfato (InsPs), inositoles fosforilados de uno a seis grupos fosfato, han recibido atención de forma significativa debido a su relevancia biológica. Basándonos en datos preliminares, sospechábamos que el almacenamiento de fósforo en las diatomeas no se produce en forma de polifosfato (poliP) sino como InsPs, un cambio completo en el dogma de cómo se almacena el fósforo en microorganismos marinos. Para investigar esto, desarrollamos e implementamos métodos fiables para cuantificar tanto polifosfato como InsPs en células de diatomea. Primero, confirmamos mediante microscopía confocal y tinción con DAPI que las células eran capaces de almacenar fósforo en vesículas. Mediante la optimización de un protocolo de fenol/cloroformo y separación con geles de TBE-urea, purificamos y visualizamos los compuestos de almacenamiento de las células de P. tricornutum. Sorprendentemente, nuestros experimentos revelaron la presencia de InsPs en las células cuando utilizamos una fitasa comercial, mientras que el poliP era ausente después de una digestión con una polifosfatasa específica. Además, buscamos expresar una proteína similar a una fitasa codificada por diatomeas, así como por la predominante cianobacteria marina Phroclorococcus, como una estrategia para obtener fósforo en ecosistemas empobrecidos de nutrientes. Descubrir nuevas perspectivas sobre los roles de los InsPs en organismos marinos nos permitirá comprender completamente las intrincadas funciones moleculares y biológicas

[eng] Marine photosynthetic microbes, i.e. phytoplankton, are responsible of 25% of global primary production and are the base of oceanic food webs. Diatoms, particularly Phaeodactylum tricornutum, have emerged as an exceptional model organism for studying a wide range of biological processes. Inositol phosphates (InsPs), a group of inositols phosphorylated with one to six phosphate groups, have gained significant attention due to their biological relevance. Based on preliminary data, we suspected that phosphorus storage in diatoms does not occur in the form of polyphosphates (polyP) but as InsPs, a complete change in the dogma of how phosphorus is stored in marine microorganisms. To comprehensively investigate this, we developed and implemented reliable methods to quantify both polyphosphates and InsPs within diatom cells. In first place, we confirmed by confocal microscopy and DAPI staining that these were capable of storing phosphorus in vesicles. Through the optimization of a phenol/chloroform protocol and TBE-urea gel separation, we purified and visualized the phosphorous storage compounds from P. tricornutum cells. Surprisingly, our experiments suggest the presence of InsPs in the cells when utilizing a commercial phytase, while polyP was absent upon the digestion with a specific polyphosphatase. Moreover, we sought to express a phytase-like protein encoded by diatoms as well as the predominant marine cyanobacterium Phroclorococcus, as a strategy to obtain phosphorus in such nutrient-deplete ecosystems. Uncovering the roles of InsPs in marine environments will enable us to fully comprehend the intricate molecular and biological functions.