Analysis of changes in carotenoid composition in Anabaena sp. PCC7120 heterocysts depending on growth temperature

Cyanobacterium Anabaena sp. PCC7120 has a unique ability to differentiate vegetative cells into heterocysts specialized in nitrogen (N2) fixation.The aim of this study was to isolate heterocysts from diazotrophic cultures from three different temperatures (20oC, 30oC oraz 35oC) and to compare the carotenoid composition of these cultures. Additionally, the differences between photosynthetic pigments levels (echinenone, canthaxanthin, keto-myxoxanthophyll) in vegetative cells (Kłodawska et al. 2019) and heterocysts were analysed.The procedure for isolating Anabena heterocysts has proven successful. The conducted research showed that the highest content of purified heterocysts was obtained for samples from cultures from 30oC. The content of β-carotene in heterocysts is 0.27 μg mg − 1 of chlorophyll for all three tested culture temperatures. Lower accumulation of xanthophylls in heterocysts than in vegetative cells and high accumulation of echinenone in heterocysts might suggest that temperature has little effect on the functioning of the carotenoid biosynthetic pathway in Anabena sp. PCC7120 heterocysts under photoautotrophic growth conditions.

Sinice gatunku Anabena sp. PCC7120 posiadają wyjątkową zdolność różnicowania komórek wegetatywnych w heterocysty wyspecjalizowane do wiązania azotu atmosferycznego (N2).Celem niniejszej pracy było wyizolowanie heterocyst z diazotroficznych hodowli prowadzonych w trzech różnych temperaturach (20oC, 30oC oraz 35oC) oraz porównanie składu karotenoidowego charakteryzującego każdą z tych hodowli. Dokonano również analizy ilościowej różnic między składem pomocniczych barwników fotosyntetycznych (echinenon, kantaksantyna, keto-myxoxanthophyll) komórek wegetatywnych a heterocystami.Procedura izolacji heterocyst Anabena okazała się skuteczna. Przeprowadzone badania pokazały, iż najwyższą zawartość oczyszczonych heterocyst uzyskano dla próbek pochodzących z hodowli prowadzonych w 30oC. Zawartość β-karotenu w heterocystach wynosi ok. 0,27 μg mg−1 chlorofilu dla wszystkich trzech badanych temperatur hodowli. Niższa akumulacja ksantofili w heterocystach niż w komórkach wegetatywnych dla podobnego zakresu temperatur oraz wysoka akumulacja echinenonu w heterocystach może sugerować, że temperatura ma niewielki wpływ na funkcjonowanie szlaku biosyntezy karotenoidów w heterocystach Anabena sp. PCC7120 w warunkach wzrostu fotoautotroficznego.