本研究では、光の利用可能性に対する光合成的適応が、鉄分制限下での開花性シアノバクテリウムPseudanabaenaの生態学的成功を形作っていることを明らかにした

Photosynthetic adaptation to light availability shapes the ecological success of bloom-forming cyanobacterium Pseudanabaena to iron limitation.

• Zheng-Ke Li
• Guo-Zheng Dai
• Yong Zhang
• Kui Xu
• Laura Bretherton
• Zoe V Finkel
• Andrew J Irwin
• Philippe Juneau
• Bao-Sheng Qiu

抄録

糸状シアノバクテリウムであるPseudanabaenaはMicrocystisのコロニー上では一般的にエピフィティ性を示し、その豊富さはしばしばブルーム時に高い相関性を示している。鉄分制限に対するミクロシスティスの反応と適応については広く研究されてきたが、鉄分制限に対するPseudanabaenaの反応戦略についてはほとんど知られていなかった。ここでは、鉄制限に対する生理的反応を、異なる光強度で生育したPseudanabaena株と2つのMicrocystis株の間で比較した。その結果、低強度の光は鉄制限を悪化させるが、高強度の光は2つのMicrocystis株と比較してシュウダナベナの生育に対する鉄制限の負の影響を緩和することが示された。堅牢な光捕集と光合成効率により、鉄分が十分に供給されている間のみ、Pseudanabaenaは2つのMicrocystis株と比較して低照度への適応が可能であることが明らかになった。また、光合成アンテナへの投資が大きいことが、光と鉄の両方の制限下でのPseudanabaenaの光と鉄の共存制限に寄与している可能性が示唆された。さらに、アンテナ色素/クロロフィルa比が低く、光合成効率が低いこと、非光化学的消光と飽和照度が高いことから、高照度条件下での光適応性と光保護性に優れていることがわかった。Pseudanabaenaのアンテナ色素への投資がMicrocystisの2株よりも少ないことは、鉄分の節約と光感受性の低下を両立させるための効率的な戦略である可能性がある。したがって、Microcystisと比較した場合、Pseudanabaenaの優れた光適応性と光保護能力に加えて、アンテナ色素の高い可塑性が、光が十分にある場合の鉄制限下での生態学的な成功を保証していると考えられる。

The poorly understood filamentous cyanobacterium Pseudanabaena is commonly epiphytic on Microcystis colonies and their abundances are often highly correlated during blooms. The response and adaptation of Microcystis to iron limitation have been extensively studied, but the strategies Pseudanabaena uses to respond to iron limitation are largely unknown. Here, physiological responses to iron limitation were compared between one Pseudanabaena and two Microcystis strains grown under different light intensities. The results showed that low-intensity light exacerbated but high-intensity light alleviated the negative effect of iron limitation on Pseudanabaena growth relative to two Microcystis strains. It was found that robust light-harvesting and photosynthetic efficiency allowed adaptation of Pseudanabaena to low-light availability relative to two Microcystis strains only during iron sufficiency. The results also indicated that a larger investment in the photosynthetic antenna probably contributed to light/iron co-limitation of Pseudanabaena relative to two Microcystis strains under both light and iron limitation. Furthermore, the lower antenna pigments/chlorophyll a ratio and photosynthetic efficiency, and higher nonphotochemical quenching and saturation irradiance provided Pseudanabaena photoadaptation and photoprotection advantages over the two Microcystis strains under the high-light condition. The lower investment in antenna pigments of Pseudanabaena than the two Microcystis strains under high-light intensity is likely an efficient strategy for both saving iron quotas and decreasing photosensitivity. Therefore, when compared with Microcystis, the high plasticity of antenna pigments, along with the excellent photoadaptation and photoprotection ability of Pseudanabaena, probably ensures its ecological success under iron limitation when light is sufficient.

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