Chương 1 - TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về vi tảo biển dị dưỡng thraustochytrid Vi tảo biển dị dưỡng (VTBDD) thraustochytrid thuộc giới Straminipila có mối liên quan đến tảo lông doi lệch như tảo vàng ánh (Chrysophytes), tảo vàng lục (Xanthophytes), tảo nâu (Phaeophytes) và tảo silic (Diatoms), trước đây chúng được xếp vào giới nấm do đặc điểm hóa dị dưỡng điển hình kết hợp hình thái học giữa nấm thực và nấm noãn [23, 34]. Nấm và nguyên sinh vật dạng nấm là sinh vật phân giải trong các hệ sinh thái, tầm quan trọng của chúng đối với các hệ sinh thái trên cạn từ lâu đã được nghiên cứu và công nhận. Tuy nhiên các nguyên sinh vật dạng nấm trong môi trường nước mặn lại ít được quan tâm hơn so với vi khuẩn, chủ yếu do sự phong phú và hàm lượng sinh khối thấp cũng như vai trò sinh thái chưa được biết nhiều của chúng.
Thraustochytrid do đó có thể được coi là một phần quan trọng của chuỗi thức ăn nước mặn đã bị bỏ qua. Mặc dù vậy chúng xuất hiện ở hầu hết các vùng ngập mặn cửa sông và vùng biển trên toàn thế giới [32]. Mật độ của phù du thraustochytrid được ước tính khoảng từ 103- 105/l bằng cách đếm trực tiếp bằng kính hiển vi ngoại huỳnh quang [45]. Dù mật độ này rất nhỏ nếu so sánh với số lượng của vi khuẩn phù du trong nước mặt (ước tính vào khoảng 108- 109/l), tuy vậy thể tích tế bào của thraustochytrid có thể lớn hơn 103 lần so với vi khuẩn phù du.
Sinh khối tế bào thraustochytrid cũng đã được tính toán lớn hơn sinh khối vi khuẩn phù du khoảng 104 lần. Sự phong phú tương đối thấp của thraustochytrid do đó được bù đắp bởi thể tích tế bào và sinh khối cao của chúng [27]. Ngoài ra, thraustochytrid có khả năng sản xuất cellulase và xylanases ngoại bào để phân hủy các vật liệu thực vật như tảo và lá rụng trong rừng ngập mặn [35]. Chúng cũng được biết với khả năng tích lũy một lượng lớn omega-3 PUFA như DHA và DPA [45], do đó chúng có tiềm năng trở thành nguồn thức ăn cho sinh vật ở bậc dinh dưỡng cao hơn ở biển môi trường.
Hơn nữa, một số loài thraustochytrid liên quan đến các mầm bệnh ảnh hưởng đến động vật thân mềm [53]. Những đặc điểm đặc biệt trên cho thấy thraustochytrid 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái biển và cần được nghiên cứu, đánh giá nhiều hơn. Thraustochytrid được Sparrow mô tả lần đầu tiên vào năm 1936 và từ cuối những năm 1930 đến những năm 1960 đã có nhiều báo cáo về việc phân lập và mô tả về đặc điểm của chúng [23]. Đến những năm 1990, sự xuất hiện của chúng trong các môi trường sống khác nhau và nhu cầu sinh lý của chúng đã được nghiên cứu rộng rãi [9].
Trong những năm 1990 và 2000, mật độ tế bào của thraustochytrid trong các thủy vực và trầm tích được đo bằng phương pháp đếm trực tiếp dưới kính hiển vi [42]. Vào giai đoạn này sự phát triển của các phương pháp sinh học phân tử đã dẫn đến việc tái phân loại thraustochytrid dựa trên trình tự 18S rRNA và trình tự gen khác [27, 57]. Sau đó, các kỹ thuật phân tử mới cho việc phát hiện thraustochytrid cũng đã được phát triển [35]. Vị trí phân loại VTBDD thraustochytrid Thraustochytrid lần đầu tiên được Sparrow phát hiện trên bề mặt của các mẫu rong biển thu từ Woods Hole, MA, USA, và đã được mô tả là loài Thraustochytrium proliferum [52].
Mặc dù Thraustochytrium ban đầu được ghi nhận là một dạng nấm chytridiaceous, nhưng sau đó được tái phân loại là một thành viên của Saprolegniales trong ngành Oomycetes dựa trên các đặc điểm đã quan sát được về động bào tử hai roi của chúng [14]. Tuy nhiên, do siêu cấu trúc sagenogenetosome của các thraustochytrid là đồng nhất so với cấu trúc của các labyrinthulid được mô tả bên dưới, nên các thraustochytrid và labyrinthulid sau đó được phân thành một nhóm đơn [38]. Các tế bào thraustochytrid thường có hình ovan hoặc hình cầu (hình 1.2) và trong hầu hết các trường hợp, sagenogenetosome thường xuất hiện ở một vùng đơn lẻ trên bề mặt tế bào [34]. Các tế bào không được bọc hoặc bao phủ hoàn toàn bởi mạng lưới ectoplasmic của chúng.
Những mạng lưới này không được sử dụng để di chuyển, nhưng có chứa các enzym ngoại bào cho phép xâm nhập vào các bề mặt rắn và phân hủy các hợp chất hữu cơ cho quá trình hấp phụ và vận chuyển các chất dinh dưỡng [11, 13]. Các trạng thái tế bào sinh dưỡng của thraustochytrid bao gồm các tế bào đơn có đường kính đo được từ 4 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com – 20 µm, và hầu hết các thraustochytrid tái sản sinh bằng các động bào tử [42]. Trong khi nhiều tế bào trưởng thành các tế bào sinh dưỡng chuyển hóa trực tiếp thành túi bào tử động, một số khác lại chuyển thành dạng tế bào amip, các tê bào amip này sau đó chuyển hóa thành các bào tử động [20]. Trạng thái của các tế bào sinh dưỡng và các đặc điểm hình thái khác nhau thay đổi tùy theo các chi thraustochytrid khác nhau [38, 57].
Họ Thraustochytriaceae ban đầu được phân loại bao gồm 7 chi dựa trên các đặc điểm hình thái như sau [33, 38]: Althornia Jones và Alderman, Aplanochytrium Bahnweg và Sparrow, Japonochytrium Kobayasi và Ookubo, Labyrinthuloides Perkins, Schizochytrium Goldstein và Belsky emend. Booth và Miller, Thraustochytrium Sparrow c. Johnson, và Ulkenia Gaertner. Tuy nhiên, một nghiên cứu khá toàn diện được thực hiện bởi Honda và cộng sự (1999) đã chỉ ra rằng sự phân loại ở mức chi này không bao gồm sự phân loại gen dựa trên các dải trình tự rRNA 18S [23].
Sử dụng kết hợp các đặc điểm hình thái và phân loại phân tử, Levàer và Porter (2000) đã kết luận rằng Aplanochytrium và Labyrinthuloides là tương đồng và do đó đã sửa đổi lại định nghĩa về chi Aplanochytrium, chi này bao gồm tất cả các loài Labyrinthuloides. Ngoài ra, các loài thuộc chi Schizochytrium được tái sắp xếp lại thành 3 chi riêng biệt Schizochytriumsensu stricto, Aurantiochytrium và Oblongichytrium gen. dựa trên các đặc điểm về hình thái, phân loại sinh hóa, và phân loại gen theo trình tự rRNA 18S [46]. Hơn nữa, chi Ulkenia cũng được phân tách thành 4 chi có chứa 3 chi mới, Ulkeniasensu stricto, Botryochytrium, Parietichytrium và Sicyoidochytriumgen.
8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Cây phả hệ thraustochytrid dựa trên trình tự 18S rRNA của các chủng đã công bố [58], [21] Họ này hiện nay gồm 11 chi: Aplanochytrium, Althornia, Japanochytrium, Aurantiochytrium, Oblongichytrium, Schizochytrium, Thraustochytrium, Sicyoidochytrium, Ulkenia, Parietichytrium và Botryochytrium [58]. Sự phân loại 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com các chi đầu tiên dựa trên hình thái học khuẩn lạc, tế bào, sự khác biệt trong quá trình hình thành, giải phóng bào tử, kích thước túi bào tử và những dạng thức phân cắt của túi bào tử, sau đó kết hợp dữ liệu về gen 18S rDNA. Phương thức sinh sản thường thấy ở VTBDD Thraustochytrid là sinh sản vô tính bằng cách sản xuất động bào tử hai doi lệch.
Doi gắn ở phần ngọn, doi trước dài, bề mặt được bao phủ bởi lớp lông tơ và doi sau ngắn, trơn, không có lông tơ. Động bào tử phát triển trong các túi động bào tử có nguồn gốc từ các tế bào sinh dưỡng, sau đó chúng được giải phóng rồi mất doi, hình thành tế bào mới. Giai đoạn amip cũng đã được quan sát [17]. Đặc điểm sinh học của VTBDD thraustochytrid 1.
Đặc điểm tế bào Thraustochytrid là sinh vật đơn bào, nhân thực, hóa dị dưỡng. Tế bào sinh dưỡng trong môi trường dịch thể tồn tại ở dạng tản hình trứng hoặc hình cầu với đường kính từ 4 - 20µm [8], được liên kết với một mạng lưới ngoại chất (EN) dạng sợi như rể giả (hình 1.2 b-h), ngoại trừ ở chi Althornia không có EN [4], nhiệm vụ của EN là làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, hỗ trợ tế bào gắn kết với chất nền, thủy phân các hạt cơ chất rắn sau đó cung cấp dinh dưỡng cho tế bào [8]. Thành tế bào của chúng gồm nhiều lớp, các lớp này không chứa xenlulloza mà hình thành từ fucoza hoặc dẫn xuất của galactoza và có nguồn gốc từ thể Golgi [8, 27, 41]. Rể giả được kết nối với tản qua một cấu trúc nút phức tạp (hình 1.2 b) còn được gọi là bào quan sagenogenetosome [42] hoặc bothrosome [29].
Phương thức sinh sản thường thấy ở VTBDD thraustochytrid là sinh sản vô tính bằng cách tạo ra động bào tử hai doi lệch. Doi gắn ở phần ngọn, doi trước dài, bề mặt được bao phủ bởi lớp lông tơ và doi sau ngắn, trơn, không có lông tơ. Động bào tử phát triển trong các túi động bào tử có nguồn gốc từ các tế bào sinh dưỡng, sau đó chúng được giải phóng rồi mất doi, hình thành tản mới [5]. Giai đoạn amip cũng đã được quan sát [16].
Ở một số chi của họ thraustochytrid tản sinh phát triển ở bên trong, như ở T.2 c-e) [4], trong khi ở chi Schizochytrium, sự 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phân chia tản phân đôi liên tiếp (hình 1. Bào tử nghỉ Epibiotic được tạo ra một số loài, mặc dù nó đã không được ghi nhận là những kết quả của sinh sản hữu tính [4]. Đặc điểm hình thái các dạng tế bào của họ thraustochytrid (a) Chi tiết siêu cấu trúc của phức hệ bothrosome (sagenogenetosome) phân tách từ lưới ngoại chất của Aplanochytrium minutum, cho thấy sự nối tiếp nhau trong phức hệ xuyên màng. (g, h) Ulkenia amoeboida về phấn hoa cho thấy tản trưởng thành (g), giải phóng dạng amip nguyên sinh (h) phân chia 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com để hình thành bào tử dạng amip đặc trưng (k) từ đó hình thành và giải phóng động bào tử hai doi lệch (i).
Chu kỳ sinh trưởng Thraustochytrid là họ VTBDD có các hình thức sinh sản khá đa dạng. Cho đến nay, chưa có bằng chứng cho thấy những sinh vật này có thể sinh sản hữu tính, tuy nhiên khả năng xuất hiện của hình thức sinh sản này không thể loại trừ. Hình thức sinh sản giữa các chi trong họ thraustochytrid có một số khác biệt: Hình 1. Chu kỳ sinh trưởng của các chi chính trong họ thraustochytrid [4] 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com • Chi Thraustochytrium, tế bào chất của các tế bào trưởng thành phân chia trực tiếp thành động bào tử.
• Chi Althornia cũng phân chia theo cách tương tự, nhưng có một sai khác là khi phân chia động bào tử thiếu hệ thống mạng lưới ngoại chất. • Chi Ulkenia, Sicyoidochytrium, Parientichytrium và Botryochytrium, tế bào chất tách ra dưới dạng tế bào hình amip trước khi hình thành động bào tử.