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Scarica appunti appunti appunti appunti appunti appunti e più Dispense in PDF di Linux solo su Docsity! 1 Le BRIOFITE sono le piante terrestri più semplici. Dette non vascolari (Tallofite). Non hanno veri tessuti, neanche vascolari; un unico tipo cellulare si differenzia di volta in volta a seconda delle funzioni svolte dalla parte della pianta in cui si trova. Aplodiplonte è il ciclo vitale, si riferisce allalternarsi delle fasi, sempre presenti per tutti gli organismi eucarioti. Vi è una fase APLOIDE (1 copia del corredo cromosomico: 1n) Ed una fase DIPLOIDE (2 copie del corredo cromosomico: 2n) Le Briofite sono APLODIPLONTI. Ogni gametofito si origina da una meiospora che, germinando, da origine al PROTONEMA. 2 Ciclo APLODIPLONTE o APLODIPLOBIONTE Caratterizzato dallalternanza di generazioni antitetiche, tra gametofito o diplofito. Gamia --->> Zigote --->> Mitosi --->> DIPLOFITO --->> MEIOSI --->> MEIOSPORE --->> Mitosi --- >> APLOFITO. In questo ciclo la meiosi è dunque intermedia tra la generazione n e quella 2n. DIPLOFITO O SPOROFITO (2n) GAMETI (n) ZIGOTE (2n) GAMIA MEIOSI MITOSI MEIOSPOR E (n) MITOSI APLOFITO O GAMETOFITO (n) Ogni gametofito si origina da una meiospora. Germinando da origine al PROTONEMA. Questo è verde (fotosintetizzante) e può essere filamentoso, laminare o molto piccolo (epatiche). L adesione al substrato è assicurata da RIZOIDI. Figura 20.8 Le epatiche del genere Marchanta sono le più diffuse, anche se non sono le più piche. Come mei muschi, le piante verdi, che formano ampi strati, sono | gametofiti. Le sint» fure a coppa contengono gruppi di cellule che possono essere espulsi con la pioggia e dare origine a nuove piante. Figura 20.9 Le antocerote, come questo Phasacaros, sono Piuttiosto rare e poche persone le riconoscono; possono essere confuse con le epatiche a meno che sui gametofiti non siano presenti lunghi sporafiti a forma di “como” 6 Sono capaci di sopravvivere alla siccità in uno stato di vita latente (mesi e anni) e riprendere il normale metabolismo nel giro di poche ore. Resistono a temperature estreme (da -196
C a 100
C) Muschi – 700 generi e10000 specie Epatiche – 350 generi e 8000 specie, il gametofito è di solito ridotto o molto specializzato. Antocerote – hanno talli dorso-ventrali lobati, stomi funzionanti, cellule con un unico grosso cloroplasto. La loro vera classificazione non è ancora definita. Le briofite sono organismi PIONIERI. Influenzano idrologia e clima riuscendo a trattenere grandi quantità dacqua, rilasciandola lentamente. 7 Molte briofite sono ANTRICOLE, ovvero vivono nellombra di grotte e anfratti. Le cellule dei talli sono rigonfie e traslucide, concentrando la luce sui pochi cloroplasti come dei catarifrangenti. Nessuna si è però adattata al buio totale. Ioni di Metalli pesanti ed altri inquinanti vengono rapidamente accumulati dalle briofite, provocandone poi lingresso nella catena alimentare. Muschi ed epatiche scompaiono presto in aree troppo inquinate e vengono quindi utilizzati come Indicatori ambientali. Gli sfagni hanno il maggiore impatto ambientale (sono i maggiori costituenti delle torbiere). Assorbono grandi quantità di ioni basici rilasciando protoni acidificando il substrato sino a pH inferiori a 4. Non gradiscono labbondante presenza di Calcio ionico. Producono (come anche le altre briofite) SFAGNOLO, un composto fenolico antisettico. Proteggono il substrato dallerosione ma la loro presenza avvia presto la colonizzazione di piante vascolari. 10 Physcomitrella patens offre un sistema unico di produzione biofarmaceutica: • Economica crescita fotoautotrofica in un sistema chiuso • Semplici processi downstream di purificazione della proteina da un semplice mezzo minerale • manipolazione genetica unica attraverso ricombinazione omologa • Espressione di una proteina complessa e umanizzata in un ambiente sicuro e controllato Nel corso dei vostri studi sarà ricorrente la presenza di alcune specie considerate MODELLO, oltre che strumento di “bioproduzione” di macromolecole. Un certo organismo si impone come MODELLO per la comodità e versatilità nel disegnare per esso i più diversi sistemi sperimentali. Acquisita una certa quantità di informazioni, esse diventano preziose per chi intraprende la ricerca da zero e consolidano limportanza dei diversi sistemi MODELLO. 11 Vi sono molte piante MODELLO: Arabidopsis thaliana (per le ridotte dimensioni del genoma ed il ciclo vitale breve) Riso (Oryza sativa) (importanza economica e ridotte dimensioni del genoma tra i cereali) Nicotiana Tabacum (perché per prima utilizzata nella micropropagazione - per riprodurre la varietà habana in USA) Nicotiana Benthamiana (perché più piccola e veloce di N. tabacum) Vicia Faba (come modello delle leguminose e dellaccumulo delle proteine) Petunia hybrida (per la facilità di identificare mutanti nello sviluppo del fiore) Pioppo (Populus trichocarpa) (importanza economica e ridotte dimensioni del genoma tra i cereali) Physcomitrella Patens (perché capace di ricombinazione omologa) etc Le ALGHE • Fotoautotrofe • Tallofite • Unicellulari o Pluricellulari Organismi per la maggior parte legati allambiente acquatico; hanno cloroplasti che contengono oltre ai pigmenti fotosintetici anche pigmenti accessori (carotenoidi comprendenti anche le xantofille; in qualche gruppo ficobiline). I plastidi di tutte le alghe contengono sempre CLOROFILLA A, e quasi sempre un altro tipo di clorofilla. 12 Il processo fotosintetico nelle alghe è analogo a quello delle piante superiori. Il carbonio per la fotosintesi può essere ottenuto sia dallanidride carbonica disciolta nellacqua sia dai carbonati e dai bicarbonati del substrato. Si conoscono persino alghe capaci di utilzzare sostanze organiche in modo simile a batteri. Grande importanza ha il pH. A pH inferiori a 5 le alghe assorbono esclusivamente CO2 disciolta. A pH sopra 9,5 utilizzano in modo preponderante i carbonati. Alcune alghe sono prive di pigmenti e devono quindi assorbire sostanze organiche, altre mediano tra i due sistemi (fotochemio-organotropismo). Molte, pur essendo fotosintetizzanti, sono eterotrofe per alcune vitamine. Non possono utilizzare lazoto in forma elementare e lo ricavano da composti azotati organici (inquinanti). Una grande quantità di sali di ammonio e nitrati, vengono accumulate nei vacuoli. Euglenoidi Dinoficee (Alveolata) Stramenopili (xantoficee, Alghe brune, Diatomee etc) Alghe rosse Alghe verdi (tra cui anche le clorofite come Dunaliella) 15 A volte i cloroplasti possiedono i pirenoidi: masse proteiche circondate da amido all’interno dei plastidi, molto rifrangenti. altre strutture particolari : aptonema tricocisti eiectosoma stigma: aggregato di fotorecettori e pigmenti che stimolano la pulsazione del flagello euglena 16 ALGHE UNICELLULARI struttura procariotica Cyanophyceae struttura eucariotica Euglenophyta Cryptophyta Dynophyta Chrysophyta Xantophyta Bacillariophyta Cianobatteri Euglenoidi Dinoficee (Alveolata) Stramenopili (xantoficee, Diatomee etc) Cyanophyceae o Cianobatteri o Alghe azzurre Organismi autotrofi che rientrano nella categoria delle ALGHE, ma che per la struttura cellulare procariotica costituiscono assieme ai Batteri un proprio TIPO di organizzazione. Filogeneticamente sono molto più vicine agli Eubatteri che non alle altre alghe eucariotiche per la presenza di mureina nella parete cellulare, oltre che per la loro struttura procariotica cellulare. Ma si distinguono dagli Eubatteri fototrofi per possedere come pigmento fotosintetico la clorifilla al posto della batterioclorofilla e per la liberazione di O2 durante la fotosintesi. 17 Nelle colonie filamentose vi sono spesso individui morfologicamente diversi e con diversa funzione. Una serie di cellule vegetative in successione costituisce il TRICOMA o filamento, che può essere libero oppure aderente al substrato. Le cellule del tricoma possono essere tutte uguali o differenziate in: individui basali più grandi per il fissaggio individui apicali più piccoli Gli individui della colonia sono in comunicazione plasmatica tra loro attraverso MICROPLASMODESMI ed una fitta rete di pori che punteggiano le pareti in contatto tra loro. Tali organismi si possono trovare a) Isolati b) Colonie, dallaspetto filamentoso o rotendeggiante (sarcine) Il sistema fotosintetico è costituito da: invaginazioni della mem. citoplasmatica che nellinsieme costituiscono i TILACOIDI; granuli, detti FICOBILISOMI, presenti sulla superficie dei tilacoidi e che hanno il compito di raccogliere lenergia luminosa; cromofori quali FICOBILINE idrosolubili contenuti nei ficobilisomi; CLOROFILLA A, liposolubile, che rappresenta il vero pigmento fotosintetico. Sono presenti anche Carotenoidi e Xantofille particolari. 20 Rhodophyta Alghe rosse 4000 specie ca. Clorofilla a e d ficobiline caroteni xantofille Amido delle floridee Phaeophyta Alghe brune 2000 specie ca. Clorofilla a e c β-carotene fucoxanti na Laminarina Chlorophyta Alghe verdi 6700 specie ca. Clorofilla a e b caroteni xantofille Amido Charophyta Alghe a candelabro 300 specie ca. Clorofilla a e b β-carotene xantofille Amido Diffusione clorofille altri pigmenti molecole di riserva Rhodophyta Chlorophyta Alghe rosse Alghe verdi Phaeophyta Charophyta Alghe brune Alghe a candelabro 21 Gran parte dei pigmenti accessori assorbe la luce avente lunghezze donda diverse da quelle della luce assorbita dalla clorofilla a. Lassorbimento del più ampio intervallo di lunghezze donda è importante per le alghe che vivono in acque profonde, che si accrescono dove lintensità luminosa è bassa. Le Alghe Brune (che possiedono la fucoxantina) si estendono a profondità maggiori rispetto alle Alghe Verdi, e le Alghe Rosse (che possiedono la ficoeritrina) crescono fino alle massime profondità raggiunte da qualsiasi alga. Alghe raccolte nel 19
secolo come fertilizzante Kelp bruciato per produrre soda, potassio e iodina 22 FITO-COLLOIDI AGAR = 7500 tonnellate (250mln$) ALGINATI = mecato da 120mln$ esclusa Cina CARRAGENINE = 50000 ton nel 2007 (600mln$ esclusa Cina) Dessert, gelato, crema, frappè, gel per incrementare la viscosità Birra: chiarificatore per rimuovere le proteine che causano la scurezza Pâté e carne lavorata (prosciutto, e.g.): aumenta il volume, Dentifricio: stabilizzante Shampoo e creme cosmetiche: addensante Marmorizzazione Biotecnologia: gel per immobilizzare cellule e enzimi Farmaci: usato come eccipiente inattivo in pillole latte di soia e altro latte derivato da piante: usato come addensante, per emulare il latte vaccino Bibite gassate dietetiche: per migliorare la consistenza Cibo per animali lubrificanti Usato in test analgesici in modelli di animali per le infiammazioni NORI Alghe rosse di uso alimentare = più di 1000 mln$ PALMARIA PALMATA MICROALGHE! Beta-carotene is now harvested from a microalgae as a coloring agent and anti-oxidant. Dunalietla egg yoke with egg yoke without beta-carotene beta-carotene nà Îe $ biotie w for ag tai LA more complex organisms and communities Stromatolites First life / Percentage of present-day oxygen levels 0.001 4 35 3 25 2 1.5 1 Time (billion years ago) Stramenopili Emilania Centric diatom diatomaceous high grade petroleum Photosynthesis became so successful that the energy-rich organic molecules accumulated as debris and sediment. Major natural events caused upheavals that buried the energy-rich molecules deep within earth”s crust.. We are now pumping and mining these buried energy-rich molecules millions of times faster than they were deposited. Algae is the most sustainable known potential source of biofuel They can cas@y be grownina light @® C0} enriched environment They grow much more carbon Tapiciy than do piante dioxide ET (a) biomass nutrients — — They are diverse in da They are ecm gratinati } Lavor ea water They can growin fresh Ridi water, salt water or waste water. They rive in a much greater range of environmental conditions than do pienti General Concept of Algal Biofuel Production cultivate har metiicetion? mesa dice MBPS i 7 e eto. sti. y y Drop-in biofuel Y biofuel Pyrolysis, 4 Gasification Ethanol, Hydrocarbon, etc. Gasoline, Jet fuel, What is the current status of microalgae as a commodity? Microalgae are known that grow very fast and microalgae are known that produce lots of vil or other valuable products. e Chloretta vulgaris grows very aggressively. Botryococcus dbraunii produces and secretes large quantities of high -energy hydrocarbons. What is the current status of microalgae as a commodity? Microalgae are known that grow very fast and microalgae are known that produce lots of oil or other valuable products. Many different kinds of bioreactors and open systems for growing algae at large scale have been developed and are being tested. Methods are known and tools are rapidiy being developed for large-scate extraction of vils and other commercialiy valuable products from algae. The genetic content and chemical composition of many microalgae are known, and the methods for genetically manipulation some kinds to alter their chemical composition are well established. î Scale-up Ora! General Concept of Algal Biofuel Production trat process, desired refine, produ eto. L BACTERIA industrial microbiology molecular biology ivi nd —_technologie: 3, mass-cultured microalgae MACROALGAE aquaculture, marine farming Scaling-up of microalgal cultures leads to emergent issues that cannot be fully controlled. Examples: - competitor algae - predators such as microscopic animals si » - abiotic factors such as temperature 4 l 35 light-dependent dissipation mechanisms for energy dissipation as heat, were substantially the same in control and mixotrophic cells at the 6th day of cultivation, but were significantly higher (p = 0.041) in treated cells vs controls at the 14th day (Fig. 4G). Interestingly, the corresponding kinetics maintained quite similar features in both con- trols and in 6-day mixotrophic cells, reaching a plateau during the light exposure, which conversely did not characterise the glucose- treated cells after 14 days of cultivation (Fig. 4H). Fig. 3. Photosynthetic pigments content and theirmolar ratios in control and glucose-cultivatedN. oleoabundans cells at the inoculum time (0 days), the late exponential (6 days) and late stationary (14 days) phases of growth. Pigment concentrations are reported both as percentage of dry weight (% DW) (A, C, E) and as nanomoles per million of cells (nmolpigment 10−6 cells) (B, D, F). Black histograms = autotrophic cultures; white histograms = mixotrophic cultures. Data refer to means ± standard deviations (n ≥ 3). Asterisks identify significant differences between control and mixotrophic samples: **, p ≤ 0.01; ***, p ≤ 0.001. 260 C. Baldisserotto et al. / Algal Research 16 (2016) 255–265 3.4. Biochemical properties of algae useful for biotechnological application 3.4.1. Total proteins With an initial total protein content of about 13% DW (correspond- ing to 7.5 μg 10−6 cells), at the 6th day of cultivation, in the whole mixotrophic population proteins, expressed as percentage on DW, was about 3 times higher than in controls (p b 0.001) (Fig. 5A). However, at the same cultivation time, the amount of proteins accu- mulated inside cells of control and glucose-treated samples was not significantly different (Fig. 5B) (p = 0.49). Conversely, at the late sta- tionary phase of growth, i.e. at the 14th day, total proteins were un- equivocally lower in treated samples as compared to controls, both considering the single cells and the biomass (43–60% depending on the considered parameter) (p b 0.05) (Fig. 5). An evident decrease in Fig. 4. Chlorophyll fluorescence parameters of control and glucose-cultivated N. oleoabundans cells at the inoculum time (0 days), the late exponential (6 days) and late stationary (14 days) phases of growth. A) PSII maximum quantum yield (FV/FM). B) Photoinhibition values. C, D) Actual yield of PSII, Y(PSII); E, F) yield of constitutive thermal dissipation and fluorescence emission, Y(NO); and G, H) yield of non-photochemical quenching, Y(NPQ). In C, E and G yields are expressed, while D, F and H report the corresponding induction/ relaxation kinetics. In A–C, E and G, black histograms = autotrophic cultures; white histograms = mixotrophic cultures. In D, F and H, solid black line = autotrophic cultures at 6 (black squares) and 14 days (black circles) of cultivation; dash black line = mixotrophic cultures at 6 (open squares) and 14 days (open circles) of cultivation; white rectangle on the top = 5 min high light exposure (induction phase); black rectangle on the top = 5 min dark exposure (relaxation phase). Data refer to means ± standard deviations (n ≥ 5). Data refer to means ± standard deviations (n ≥ 5). Asterisks identify significant differences between control and mixotrophic samples: *, p ≤ 0.05; ***, p ≤ 0.001. 261C. Baldisserotto et al. / Algal Research 16 (2016) 255–265 3.4. Biochemical properties of algae useful for biotechnological application 3.4.1. Total proteins With an initial total protein content of about 13% DW (correspond- ing to 7.5 μg 10−6 cells), at the 6th day of cultivation, in the whole mixotrophic population proteins, expressed as percentage on DW, was about 3 times higher than in controls (p b 0.001) (Fig. 5A). However, at the same cultivation time, the amount of proteins accu- mulated inside cells of control and glucose-treated samples was not significantly different (Fig. 5B) (p = 0.49). Conversely, at the late sta- tionary phase of growth, i.e. at the 14th day, total proteins were un- equivocally lower in treated samples as compared to controls, both considering the single cells and the biomass (43–60% depending on the considered parameter) (p b 0.05) (Fig. 5). An evident decrease in Fig. 4. Chlorophyll fluorescence parameters of control and glucose-cultivated N. oleoabundans cells at the inoculum time (0 days), the late exponential (6 days) and late stationary (14 days) phases of growth. A) PSII maximum quantum yield (FV/FM). B) Photoinhibition values. C, D) Actual yield of PSII, Y(PSII); E, F) yield of constitutive thermal dissipation and fluorescence emission, Y(NO); and G, H) yield of non-photochemical quenching, Y(NPQ). In C, E and G yields are expressed, while D, F and H report the corresponding induction/ relaxation kinetics. In A–C, E and G, black histograms = autotrophic cultures; white histograms = mixotrophic cultures. In D, F and H, solid black line = autotrophic cultures at 6 (black squares) and 14 days (black circles) of cultivation; dash black line = mixotrophic cultures at 6 (open squares) and 14 days (open circles) of cultivation; white rectangle on the top = 5 min high light exposure (induction phase); black rectangle on the top = 5 min dark exposure (relaxation phase). Data refer to means ± standard deviations (n ≥ 5). Data refer to means ± standard deviations (n ≥ 5). Asterisks identify significant differences between control and mixotrophic samples: *, p ≤ 0.05; ***, p ≤ 0.001. 261C. Baldisserotto et al. / Algal Research 16 (2016) 255–265 Fotosistemi e capacità fotosintetica cambiano e influenzano il ciclo biologico. Le cellule in coltura MIXOTROFICA proliferano inizialmente con piccola massa perché originatesi dallo sporofito 36 AWP:Apple Waste Product SFAs (ca. 22%) + glucose (ca. 27.6%) + AWP (ca. 33.6%). MUFA (acido oleico) fino al 53% SFA = Saturated fatty acids MUFA = Monunsaturated fatty acids PUFA = Polyunsaturated fatty acids protein content was also observed by comparing treated samples after 6 and 14 days of cultivation, irrespective of parameter through which such amount was expressed (p b 0.001). 3.4.2. Lipid quantification and characterisation Starting from samples characterised by a total lipid content of about 14–16%DW, further analyseswere performed at the 14th day of cultiva- tion, when mixotrophic cells were full of lipid globules (Fig. 2F–H). For comparison of lipid production and quality of N. oleoabundans under mixotrophic conditions, lipids were extracted and thoroughly analysed at the late stationary phase of growth by using both glucose-treated algae, supported by the morphological observations described in this paper (Fig. 2), and mixotrophic algae cultivated in the presence of an apple waste product (AWP), according to a previous work [14]. Table 1 shows the lipid composition (% DW) of N. oleoabundans under control and mixotrophic conditions. The total lipid content under con- trol conditions was 20.3% DW and increased significantly (p b 0.05) up to 27.06% DW and 27.59% DW in cells grown with glucose and AWP, respectively (Table 1). Neutral lipids increased significantly in mixotrophy (Table 1), reaching up to ca. 76% and ca. 71% of total lipids under glucose and AWP conditions, respectively, TAGs being the only source of fatty acids. Neither diacylglycerols nor monoacylglycerols were detected. The fatty acid profiles of N. oleoabundans grown under control and mixotrophic conditions are shown in Table S1. The most important fatty acids were the saturated palmitic (C16:0), the monounsaturated oleic (C18:1n-9c) and the polyunsaturated linoleic (C18:2n-6c) and linolenic (C18:3n-3) acids (Table S1; Fig. 6A). However, the lipid classes showed differences in their proportions (Table S1; Fig. 6B), especially in the neutral fraction. The percentages of saturated fatty acids (SFAs) were significantly higher in cultures grown with glucose (ca. 27.6%) and AWP (ca. 33.6%) when compared to control conditions (ca. 22%). The monounsaturated fatty acids (MUFAs) were the major class under mixotrophy. They were significantly higher (p b 0.05) than in controls, reaching the maximum average value (ca. 55.5%) in the glucose- treated cells because of a high content of oleic acid (ca. 53%), while for the AWP-cultured algae they remained at slightly lower values (MUFA, 36.7%; oleic acid, 32%). Regarding polyunsaturated fatty acids (PUFAs), there was a significant decrease in the mixotrophic condition as compared with the control one (Table S1; Fig. 6B). In particular, PUFA levels decreased significantly owing to a decline in the proportion of linolenic acid, from ca. 19% in controls to ca. 2% in glucose medium and to 9% in AWP medium (Table S1; Fig. 6B). 4. Discussion N. oleoabundans is widely considered an important microalga to be potentially used as a green feedstock of lipids for biofuel production [8,10,23,24,36,37]. An interesting opportunity is given by the mixotrophic behaviour of the alga, which both promotes biomass Fig. 5. Total proteins content in control and glucose-cultivatedN. oleoabundans cells at the late exponential (6 days) and late stationary (14 days) phases of growth. Protein concentrations are reported both as percentage of dry weight (% DW) (A) and as micrograms per million of cells (μg 10−6 cells) (B). Black histograms = autotrophic cultures; white histograms = mixotrophic cultures. Data refer to means ± standard deviations (n ≥ 3). Asterisks identify significant differences between control and mixotrophic samples: *, p ≤ 0.05; ***, p ≤ 0.001. Table 1 Total lipid and lipid fractions – neutral lipids, glycolipids and phospholipids – (in percent- age of dry weight biomass = % DW) of N. oleoabundans growing under different culture conditions (control, glucose, AWP). Values are means ± standard deviations of two or three replicates. Differences were not significant (p N 0.05) for groups with the same superscript. Conditions Total lipids (% DW) Neutral lipids (% DW) Glycolipids (% DW) Phospholipids (% DW) Control 20.30a ± 0.54 10.62c ± 0.66 7.13e ± 0.33 2.55g ± 0.21 Glucose 27.06b ± 0.63 20.55d ± 1.99 4.04f ± 0.85 2.47g ± 0.55 AWP 27.59b ± 2.47 19.51d ± 1.91 6.86e ± 1.06 1.44h ± 0.43 Fig. 6. Data on lipid analyses on control and mixotrophic cultures (glucose- and AWP- cultured cells) of N. oleoabundans at the late stationary phase of growth. A) Major fatty acids (in percentage of total fatty acids = %) in the TAG fraction. B) Relative proportions of fatty acid classes (SFA, MUFA and PUFA in %) in the TAG fraction. In A and B, the values presented are means ± standard deviations of 4 replicates. 262 C. Baldisserotto et al. / Algal Research 16 (2016) 255–265 Palmitic Oleic Linoleic Linolenic acid protein content was also observe by comparing treated samples after 6 and 14 days of cultivation, irrespective of parameter through which such amount was expressed (p b 0.001). 3.4.2. Lipid quantification and characterisation Starting from samples characterised by a total lipid content of about 14–16%DW, further analyseswere performed at the 14th day of cultiva- tion, when mixotrophic cells were full of lipid globules (Fig. 2F–H). For comparison of lipid production and quality of N. oleoabundans under mixotrophic conditions, lipids were extracted and thoroughly analysed at the late stationary phase of growth by using both glucose-treated algae, supported by the morphological observations described in this paper (Fig. 2), and mixotrophic algae cultivated in the presence of an apple waste product (AWP), according to a previous work [14]. Table 1 shows the lipid composition (% DW) of N. oleoabundans under control and mixotrophic conditions. The total lipid content under con- trol conditions was 20.3% DW and increased significantly (p b 0.05) up to 27.06% DW and 27.59% DW in cells grown with glucose and AWP, respectively (Table 1). Neutral lipids increased significantly in mixotrophy (Table 1), reaching up to ca. 76% and ca. 71% of total lipids under glucose and AWP conditions, respectively, TAGs being the only source of fatty acids. Neither diacylglycerols nor monoacylglycerols were detected. The fatty acid profiles of N. oleoabundans grown under control and mixotrophic conditions are shown in Table S1. The most important fatty acids were the saturated palmitic (C16:0), the monounsaturated oleic (C18:1n-9c) and the polyunsaturated linoleic (C18:2n-6c) and linolenic (C18:3n-3) acids (Table S1; Fig. 6A). However, the lipid classes showed differences in their proportions (Table S1; Fig. 6B), especially in the neutral fraction. The percentages of saturated fatty acids (SFAs) were significantly higher in cultures grown with glucose (ca. 27.6%) and AWP (ca. 33.6%) when compared to control conditions (ca. 22%). The monounsaturated fatty acids (MUFAs) were the major class under mixotrophy. They were significantly higher (p b 0.05) than in controls, reaching the maximum average value (ca. 55.5%) in the glucose- treated cells because of a high content of oleic acid (ca. 53%), while for the AWP-cultured algae they remained at slightly lower values (MUFA, 36.7%; oleic acid, 32%). Regarding polyunsaturated fatty acids (PUFAs), there was a significant decrease in the mixotrophic condition as compared with the control one (Table S1; Fig. 6B). In particular, PUFA levels decreased significantly owing to a decline in the proportion of linolenic acid, from ca. 19% in controls to ca. 2% in glucose medium and to 9% in AWP medium (Table S1; Fig. 6B). 4. Discussion N. oleoabundans is widely considered an important microalga to be potentially used as a green feedstock of lipids for biofuel production [8,10,23,24,36,37]. An interesting opportunity is given by the mixotrophic behaviour of the alga, which both promotes biomass Fig. 5. Total proteins content in control and glucose-cultivatedN. oleoabundans cells at the late exponential (6 days) and late stationary (14 days) phases of growth. Protein concentrations are reported both as percentage of dry weight (% DW) (A) and as micrograms per million of cells (μg 10−6 cells) (B). Black histograms = autotrophic cultures; white histograms = mixotrophic cultures. Data refer to means ± standard deviations (n ≥ 3). Asterisks identify significant differences between control and mixotrophic samples: *, p ≤ 0.05; ***, p ≤ 0.001. Table 1 Total lipid and lipid fractions – neutral lipids, glycolipids and phospholipids – (in percent- age of dry weight biomass = % DW) of N. oleoabundans growing under different culture conditions (control, glucose, AWP). Values are means ± standard deviations of two or three replicates. Differences were not significant (p N 0.05) for groups with the same superscript. Conditions Total lipids (% DW) Neutral lipids (% DW) Glycolipids (% DW) Phospholipids (% DW) Control 20.30a ± 0.54 10.62c ± 0.66 7.13e ± 0.33 2.55g ± 0.21 Glucose 27.06b ± 0.63 20.55d ± 1.99 4.04f ± 0.85 2.47g ± 0.55 AWP 27.59b ± 2.47 19.51d ± 1.91 6.86e ± 1.06 1.44h ± 0.43 Fig. 6. Data on lipid analyses on control and mixotrophic cultures (glucose- and AWP- cultured cells) of N. oleoabundans at the late stationary phase of growth. A) Major fatty acids (in percentage of total fatty acids = %) in the TAG fraction. B) Relative proportions of fatty acid classes (SFA, MUFA and PUFA in %) in the TAG fraction. In A and B, the values presented are means ± standard deviations of 4 replicates. 262 C. Baldisserotto et al. / Algal Research 16 (2016) 255–265 Palmitic Oleic Linoleic Linolenic acid Oltre ad essere rinnovabile e di origine “locale”, i vantaggi del biodiesel includono biodegradabilità, più alto punto di infiammabilità, riduzione della maggior parte delle emissioni tossiche, miscibilità in tutti i rapporti con petrodiesel, compatibilità con l'esistente infrastruttura di distribuzione di carburante e untuosità inerente. Problemi tecnici del biodiesel: stabilità ossidativa, scorrimento a freddo. Soluzioni sono offerte da additivi che riducono gli altri vantaggi. L’acido oleico ha una migliore stabilità ossidativa ed un miglior scorrimento a freddo. L’acido oleico è ugualmente preferito a livello alimentare, riproponendo in alcuni casi la competizione tra i due utilizzi (vedi bioetanolo) 37 Dal punto di vista strutturale gli organismi vegetali possono essere suddivisi in due grandi gruppi : le TALLOFITE e le CORMOFITE. Tallofite Procormofite Cormofite Alghe Briofite Pteridofite Licheni Spermatofite FUNGHI ETEROTROFI 40 Tutti organismi eterotrofi, quindi senza plastidi. Hanno come sostanze di riserva principalmente GLICOGENO come negli animali. La parete cellulare è principalmente di MICOSINA, una chitina vegetale simile alla chitina animale dellesoscheletro degli Artropodi. Alcuni sono organismi semplici, unicellulari o costituiti da poche cellule. La maggior parte presenta, invece, un tallo pluricellulare, formato da unità funzionali dette IFE, dotate di accrescimento apicale ed in grado di ramificarsi lateralmente. Divisione EUMYCOTA Morfologia del Tallo Flagellata e rizopodiale OLPIDIACEAE e SYNCHYTRIACEAE Coccale Lieviti Sifonale CHYTHRIDIALES, OOMYCETES, ZYGOMYCETES Tricale Basidiomiceti S.Cerevisiae può essere preso ad esempio La sua importanza come modello è stata consacrata negli anni ‘80 (Botstein and Fink, Science 1988) ed è diventato anche un organismo pioniere per gli studi di biologia funzionale e dei sistemi. Genoma nel 1996 (primo eucariota) La foma “coccale” e i saccharomiceti - La formazione di pseudo-ife non è esclusa. - S. Cerevisiae si divide per gemmazione (budding yeast) Ha una “vita” di 30-40 divisioni -Altri come lo Schizosaccharomices pombe invece per fissione -Hanno una parete di glucani, mannani e proteine. 41 In natura si trovano sempre in forma diploide ma le spore aploidi sono più resistenti e si generano in condizioni estreme. La forma aploide diventa estremamente interessante in laboratorio dove possono essere mantenute linee aploidi. Ogni aploide è però di due possibili tipi sessuali: a e alpha (a) Solo un MATa & un MATa possono fondersi in uno zigote. Può avvenire il cambio di “classe di coniugazione” ma in laboratorio si usano ceppi mutati incapaci di farlo. La foma “coccale” e i saccharomiceti Resiste al disseccamento (trasporto, conservazione) E al 20% di alcool! (fermentazione alcolica/induzione promotori) 42 Su uve e mosti troviamo lieviti di diversi generi e nel loro insieme caratterizzano in modo importante le caratteristiche del vino (terroir). Saccharomyces, Hanseniaspora, Pichia, Candida, Metschnikowia, Kluyveromyces, Zygosaccharomyces, Torulaspora, Dekkera and Schizosaccharomyces. Nei laboratori CNR-ISPA (Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari, Consiglio Nazionale delle Ricerche) si lavora lla loro caratterizzazione per farne una risorsa biotecnologica. Dr Francesco Grieco a Lecce. Fig. 1. Yeast frequency of non-Saccharomyces strains collected from several different terroir. (A) Chile Maule region, grape juice and wine ( Ganga and Martínez, 2004); (B) Spain Serranía de Ronda region, grape juice and wine (Clavijo et al., 2010); (C) Argent... Vittorio Capozzi, Carmela Garofalo, Maria Assunta Chiriatti, Francesco Grieco, Giuseppe Spano Microbial terroir and food innovation: The case of yeast biodiversity in wine Microbiological Research, Volume 181, 2015, 75–83 http://dx.doi.org/10.1016/j.micres.2015.10.005 45 Modificazioni del micelio: formazione di strutture di resistenza del micelio stesso dette SCLEROZI e nei CORPI FRUTTIFERI o CARPOFORI. In entrambe le strutture le ife sono strettamente accostate a formare uno pseudotessuto detto PLECTENCHIMA o IFENCHIMA. Non vi è alcuna modificazione della struttura della parete !!!! Cambia solo lattività delle cellule che non produrranno più esoenzimi: gli sclerozi ® funzione protettiva i corpi fruttiferi ® protettiva e riproduttiva Corpo vegetativo del fungo -> intreccio di ife, MICELIO. Il micelio è localizzato nel substrato, se il fungo è saprofita; all  interno dellospite se è parassita. Nel caso che sia simbionte la sua struttura e posizione cambia in funzione della natura del simbionte. Il micelio può organizzare alcune ife strutturandole in modo da renderle idonee a svolgere alcune funzioni: •fissazione del micelio al substrato (RIZOIDI), •assorbimento di sostanze organiche da cellule o da organismi ospiti (AUSTORI; alcuni dei quali provvedono alla cattura di prede nei funghi predatori (ife ipogee)). Riproduzione dei Funghi In quasi tutti i funghi è nota la riproduzione sessuale che avviene principalmente per GAMETANGIOGAMIA (unione degli organi sessuali = gametangi) (Ascomiceti, Zigomiceti) anche se in quelli acquatici è frequente la gametogamia (isogama, anisogama od oogama) (Mastigomiceti). Nei Basidiomiceti gli organi sessuali non si sviluppano e la gamia avviene tra due ife somatiche = SOMATOGAMIA. Se presenti gli organi sessuali sono sempre unicellulari ® GAMETANGI, chiamati SPERMOGONI o spermatangi se maschili, ed OOGONI od ASCOGONI (nel caso di ascomiceti) se femminili. Diffusa è la moltiplicazione vegetativa che avviene per mezzo di: • SPORE ENDOGENE = trattasi di vere e proprie mitospore • „ ESOGENE = cellule germinative (conidi) che a volte sono formate dalle singole cellule di un ifa che si disgrega (OIDIOSPORE) 46 Note anche come MUFFE BIANCHE Il tallo è generalmente formato da miceli di ife non settate (cenocitici = sifonali), le quali si moltiplicano vegetativamente con mitospore endogene od esogene (CONIDI). La moltiplicazione vegetativa è molto diffusa ed importante: prevale per tutta la durata della vita del fungo ed è effettuata solo se le condizioni ambientali od edafiche risultano essere sfavorevoli alla vita del micelio. Classe Zygomycetes 600 specie ca. Le spore sono APLANOSPORE, si formano su ife particolari, divise dal resto del micelio da un setto, e si definiscono: • sporangiofore se all  apice formano uno sporangio unicellulare (SPOROCISTI) che per mitosi produrrà numerose endospore; • conidiofore se si formano esospore per semplice divisione dellifa (CONIDI). La riproduzione sessuata, attivata da condizioni edafiche o ambientali difficili, è GAMETANGIOGAMIA ISOGAMA, raramente ETEROGAMA (Mucorales). Formazione di uno zigote durevole, CISTOZIGOTE. Il ciclo metagenetico è APLONTE. Le spore n germinano emettendo unifa g diventa plurinucleata e si ramifica g contatto con il substrato mediante piccoli rizoidi g sviluppo di ife ed espansione del micelio g ife sporangiofore crescono verso l  alto e formano spore. La riproduzione sessuale avviene quando le ife di un individuo si avvicinano a quelle di un altro compatibile. Lo zigosporangio, con molti nuclei appaiati, può rimanere inattivo per molti mesi. I nuclei subiscono la meiosi alla sua germinazione g sporangioforo, non un micelio g spore n volano per continuare il ciclo. 47 Ordine Aspergillales Muffe verdi Tallo miceliare superficiale, corpi fruttiferi detti CLEISTOTECI, gli aschi non sono organizzati in imenio, lapertura del cleistotecio avviene per marcescenza. Famiglia Aspergillaceae Cosmopolite, agenti di alterazioni di ogni tipo di material organico, patogeni per animali o per luomo. Classe Basidiomycetes 25- 30.000 specie ca. Tallo caratterizzato da un micelio di ife dicariotiche che si allungano con un processo di DIVISIONE detto A FIBBIA. Il micelio dura parecchi anni e può raggiungere dimensioni enormi (anche qualche chilometro), e forma un corpo fruttifero particolare (BASIDIOCARPO) completamente costituito da ife n+n. La riproduzione vegetativa avviene nel corpo fruttifero, nel tessuto fertile detto imenio, all  interno di particolari cellule terminali dette BASIDI si formano per meiosi 4 meiospore che poi usciranno all  esterno del basidio attraverso dei brevi peduncoli detti STERIGMI. Si tratta di spore endogene che a maturità diventano esogene. La riproduzione sessuata è per SOMATOGAMIA. Non si sviluppano organi sessuali e le cellule apicali di 2 ife aplonti si uniscono. In Ustilaginales si ha, invece, SPERMATIZZAZIONE di un ifa somatica aplonte. 50 Un metabolita secondario (sesquiterpene) della pianta è responsabile dei primi segnali (ramificazione): lo STRIGOLATTONE 51 Un metabolita secondario (sesquiterpene) della pianta è responsabile dei primi segnali (ramificazione): lo STRIGOLATTONE È un ormone che controlla le ramificazioni ma funge anche da segnale per AM e semi di piante parassite! Somiglia al meccanismo di segnalazione dei rizobi ma evoluto in modo indipendente L’interazione con la cellula vegetale è molto complessa e ancora oggetto di studio 52 L’ifa viene circondata da una membrana vegetale, la membrana periarbuscolare L’elemento scambiato dal fungo alla pianta è il fosforo e servono almeno 3 trasportatori diversi di fosfati: In/out fungo e in pianta Servono poi pompe protoniche e … There are at the time of writing 384 complete fungal genomes at http://genome.jgi.doe.gov/fungi/fungi.info.html webcite, increasing almost by the hour. Penicillia Aspergillus A. Nidulans A. niger A.oryzae Zygosaccharomyces rouxii Pediococcus halophilus fondamentali per l’industria i generale… perché? 55 TALLO OMOMERO Quando il tallo non presenta una differenziazione in strati più o meno organizzati e si ha un miscuglio di ife e di alghe tenute assieme dalla mucillagine prodotta dalle pareti delle alghe (licheni gelatinosi). TALLO ETEROMERO Quando il tallo presenta una struttura con: strati corticali di ife dense prive di alghe strato intermedio con ife lasse ed alghe strati midollari con ife a funzione di struttura di riserva e privi di alghe. Diversi sono i rapporti di interfaccia tra fungo ed alga • semplice contatto spaziale • invio di ife austrici allinterno della ficobionte. In alcuni licheni vi è la presenza di un secondo ficobionte che però viene isolato in una determinata parte del tallo o in appositi tubercoli detti CEFALODI. Questi contengono colonie di alghe azzurre azotofissatrici e necessitano solo ai licheni che vivono su substrati poveri di azoto ed i cui ficobionti non siano in grado di fissare quello atmosferico. Nutrizione: il micobionte dipende per i carboidrati completamente dallalga che fornisce zuccheri e polialcooli; lalga prende dal fungo H2O e sostanze minerali. Entrambi utilizzano delle sostanze licheniche che solo il simbionte è in grado di sintetizzare (acidi alifatici, depsidi, chinoni, ecc.) che legano strettamente mico e ficobionte tra loro a livello di clone. 56 Moltiplicazione: formazione in particolari parti del tallo dette SORALI, di gruppi di alghe avvolte da ife fungine, dette SOREDI, che dispersi dal vento riformano su substrato adatto il tallo. Strutture più complesse ma simili e prodotte in altre specie sulla superficie del tallo sono gli ISIDI. In ogni caso ogni frammento di tallo è in grado di riformare, nei luoghi adatti, il tallo completo. Riproduzione sessuale: Solo il fungo è in grado di chiudere completamente il suo ciclo vitale con la riproduzione sessuata, formando corpi fruttiferi (apoteci, pseudoteci o periteci), nel cui imenio però, salvo alcune eccezioni non è mai presente lalga, per cui il tallo può formarsi solo quando il micobionte incontra un  alga opportuna. Le alghe si possono moltiplicare solo vegetativamente. distacco Ecologia: su substrati diversi (roccia, terreno, cortecce, legno morto, foglie) e negli ambienti più disparati dai deserti caldi a quelli freddi anche se il loro optimum è rappresentato dai boschi umidi delle zone temperate. Tollerano temperature di +70
, e –196
, e riescono a fissare CO2 anche a – 24
. Quelli epilitici sono specie pioniere che riescono a sciogliere il calcare ed iniziare la colonizzazione del substrato (anche i monumenti). Sono specie peciloidre: si dissecano e si reidratano velocissimamente. La durata della loro vita va da un anno per quelli epifilli tropicali, a millenni per quelli crostosi epilitici artico alpini: in base alla loro crescita (0,5 mm/anno) sono stati utilizzati per datare le morene glaciali. 57 Importanti sono i licheni nel Bioma tundra in cui costituiscono assieme ad alcuni muschi gli unici produttori primari: Cladonia rangiferina il lichene delle renne è assieme ad alcuni altri licheni fruticosi il principale nutrimento di questi animali. Lecanora esculenta, il lichene della manna è tipico delle steppe dellAfrica settentrionale ed è edule. Cetraria islandica, lichene diffuso in tutta Europa ed utilizzato come pianta medicinale. Attualmente da molti licheni sono stati ricavati antibiotici. Cladonia Cetraria Ottimi indicatori bio-ecologici. Physconia grisea (Lam.) Poelt epilitica se è presente accumulo di nitrati, rara sopra i 1000 m, presente anche all'interno di aree urbanizzate. Lecanora conizaeoides Nyl. ex Crombie Comune su cortecce, legno e muri, e di solito assente nelle zone montane non inquinate. Xanthoria parietina (L.) Th. Fr.Comunissima specialmente sotto i 1000 m. Su alberi ma anche su rocce ( specialmente nei punti arricchiti di nitrati per gli escrementi di uccelli od altri animali, e vicino al mare).