Diazoplast

Diazoplast ist die Bezeichnung für ein Organell, das in Kieselalgen der Familie Rhopalodiaceae, insbesondere in den Gattungen Rhopalodia und Epithemia vorkommt. Diazoplasten spielen – ebenso wie die Nitroplasten bei der Hapto­phyten-Familie Braarudosphaeraceae – eine entscheidende Rolle bei der Stickstofffixierung dieser Algen. Von diesem Prozess nahm man früher an, dass er ausschließlich bestimmten Bakterien und Archaeen vorbehalten ist. Die Ent­deckung der Diazoplasten hat bedeutende Auswirkungen sowohl auf die Zellbiologie als auch auf die Agrar­wissen­schaft.

Diazoplasten und Nitroplasten wurden zunächst aufgrund ihrer annähernd kugelförmigen Gestalt als Sphäroidkörper ( ) bezeichnet.

Beschreibung

Diazoplasten besitzen wie Nitro­plasten und (ge­wöhn­lich) Mito­chondrien und Chloro­plasten eine eigene DNA.

Die phylogenetische Analyse des Di­azo­plasten-Ge­noms zeigte 2024 die nächste Ver­wandt­schaft zu einer an­de­ren N2-fixierenden symbiotischen Cyano­bakterien­art, Braarudo­sphaera bigelowii (als Phylo­typ auch UCYN-A und als Organell Nitroplast oder ebenfalls Sphäroidkörper genannt). Wie diese Analysen 2014 und 2024 ergaben, stammen beide Organellen (Diazo­plasten der Rhopalodiaceae und Nitroplasten der Braarudo­sphaeraceae) von Cyano­bak­terien ab, die eng mit der Gattung Cyanothece verwandt sind. Vergleichende phylo­gene­tische Analysen der 16S-rRNA-Gene und der Gene für die Stickstofffixierung (nifD) ergaben, dass das Genom der beider Typen von Sphäroidkörpern eng verwandt ist mit der freilebenden diazo­trophen Cyanobakterien-Art Crocosphaera sub­tro­pi­ca (Stamm ATCC 51142) und der Art Zehria sp. KO68DGA (Stamm KO68DGA). Die beiden Symbionten sind auf ähnlichen, aber deutlich unterschiedlichen Pfaden der reduktiven Evolution aus solchen Cyanobakterien entstanden.

mini|hochkant=2.0|Charakterisierung der Diazoplasten (Sphäroidkörper) mariner Epithemia-Spezies. LM-Auf­nahmen von Sphäroidkörpern (Diazoplasten) des Stamms E. pelagica UHM3200 (EpSB) in (h,i,j) und des Stamms E. catenata UHM3210 (EcSB) in (k,l,m). Um die Diazoplaste frei­zu­setzen wur­den die Wirtszellen zerkleinert; Hellfeld in (h,k), Phycoerythrin-Fluoreszenz in (i,l) und Chloro­phyll-Fluores­zenz in (j,m). Pfeilspitzen zeigen auf die Diazoplasten. Zum Vergleich jeweils links unten eine Einzelzellen von Synechococcus sp. WH7803 (Positiv­kontrolle). Wie zu sehen, be­sit­zen die Diazoplasten im Gegensatz zu WH7803 keines der beiden getesteten Pigmente (keine Photosynthese). Balken: 3 µm.

Phylogenie

120-Gen-Phylogenie gemäß GTDB Release 10‑RS226 (April 2025). Vorläufige Namen bleiben erhalten.

Die Zuordnung der vorläufigen Namen der Diazoplasten zu den veröffentlichten Namen der Epithemia-Wirtspezies erfolgt wie folgt: Die zugehörigen NCBI-Genom-Assembly‑Datensätze werden anhand der GTDB‑Genom‑IDs (z. B. GCF_003574135.1) abgefragt, und der Name der Wirtspezies wird aus der verknüpften Publikation oder den BioSample‑Metadaten entnommen.

Anmerkungen

Literatur Takuro Nakayama, Yuji Inagaki: Genomic divergence within non-photosynthetic cyanobacterial endosymbionts in rhopalodiacean diatoms, in: Nature Scientific Reports, Band 7, Nr. 13075, 12. Oktober 2017, doi:10.1038/s41598-017-13578-8, , PMID 29026213 (). Hanna Farnelid, Anders F. Andersson, Stefan Bertilsson, Waleed Abu Al-Soud, Lars H. Hansen, Søren Sørensen, Grieg F. Steward, Åke Hagström, Lasse Riemann: Nitrogenase Gene Amplicons from Global Marine Surface Waters Are Dominated by Genes of Non-Cyanobacteria. In: PLOS OME, Band 6, Nr. 4, 29. April 2011, S. e19223; doi:10.1371/journal.pone.0019223 ().

Einzelnachweise NCBI: Crocosphaera subtropica ATCC 51142, equivalent: Cyanothece sp. ATCC 51142, … (strain). NCBI: Zehria sp. KO68DGA, heterotypic synonym: Gloeothece sp. KO68DGA.

Takuro Nakayama, Yuji Inagaki: Unique genome evolution in an intracellular N2-fixing symbiont of a rhopalodiacean diatom. In: Acta Societatis Botanicorum Poloniae, Band 83, Nr. 4, , 2014, S. 409–413; doi:10.5586/asbp.2014.046, Online- (). Julia Prechtl, Christoph Kneip, Peter Lockhart, Klaus Wenderoth, Uwe-G. Maier: Intracellular Spheroid Bodies of Rhopalodia gibba Have Nitrogen-Fixing Apparatus of Cyanobacterial Origin. In: Molecular Biology and Evolution, Band 21, Nr. 8, 1. August 2004, S. 1477–1481; doi:10.1093/molbev/msh086 ()- Christopher R. Schvarcz, Samuel T. Wilson, Mathieu Caffin, Rosalina Stancheva, Qian Li, Kendra A. Turk-Kubo, Angelicque E. White, David M. Karl, Jonathan P. Zehr, Grieg F. Steward: Overlooked and widespread pennate diatom-diazotroph symbioses in the sea. In: Nature Communications, Band 13, Nr. 799, 10. Februar 2022; doi:10.1038/s41467-022-28065-6 ().

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