程序性细胞死亡(PCD,programmed cell death)作为细胞新陈代谢的基本生命特征之一,是生物体中主动、高度有序的清除无用细胞的过程。PCD在生物体内环境的稳定、多细胞生物防御内外环境胁迫等方面起着重要作用。PCD的概念此前主要应用于多细胞有机体中。近年来,多项研究表明环境胁迫可引起浮游植物中PCD典型特征的出现,但关于不同藻类中PCD的信号传递和级联反应进程的研究相对缺乏。
本研究选取淡水水体中常见的蓝藻—微囊藻和绿藻—小球藻作为研究对象,通过追踪不同时间点下PCD典型特征和信号分子的指标分析,揭示了百草枯诱导下微囊藻和小球藻的PCD进程。在本研究中,荧光染色结合流式细胞术被广泛应用于PCD典型特征和信号分子水平的测定,包括胞内游离Ca2+,ROS,细胞质膜电位,线粒体膜电位,metacaspase酶活性,TUNEL染色等,指标涵盖PCD进程的不同时期,且快速便捷,为本实验的顺利开展提供了极其重要的技术支撑。结果发现,对微囊藻而言,Ca2+和ROS的交互作用是PCD进程的重要信号分子,而在小球藻中,PCD的信号传递依赖于线粒体膜电位改变。另外,两株藻的PCD路径均由metacaspase介导。
图1 胁迫条件下微囊藻(A)和小球藻(B)游离Ca2+水平随时间的变化
图2 胁迫条件下微囊藻(A)和小球藻(B)metacaspase酶和ROS相对水平(插图)随时间的变化
图3 流式细胞术探究胁迫条件下微囊藻(A)和小球藻(B)PCD典型特征随时间的变化
该研究以题为“Paraquat induces different programmed cell death patterns in Microcystis aeruginosa and Chlorella luteoviridis”发表在 Ecotoxicology and Environmental Safety。原文链接:https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.114429
致谢:感谢水生所宋立荣研究员学科组白芳博后对此文的支持!