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Ezzedine JA, Uwizeye C, Si Larbi G, Villain G, Louwagie M, Schilling M, Hagenmuller P, Gallet B, Stewart A, Petroutsos D, Devime F, Salze P, Liger L, Jouhet J, Dumont M, Ravanel S, Amato A, Valay JG, Jouneau PH, Falconet D, Maréchal E. Adaptive traits of cysts of the snow alga Sanguina nivaloides unveiled by 3D subcellular imaging. Nat Commun 2023; 14:7500. [PMID: 37980360 PMCID: PMC10657455 DOI: 10.1038/s41467-023-43030-7] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/08/2023] [Accepted: 10/26/2023] [Indexed: 11/20/2023] Open
Abstract
Sanguina nivaloides is the main alga forming red snowfields in high mountains and Polar Regions. It is non-cultivable. Analysis of environmental samples by X-ray tomography, focused-ion-beam scanning-electron-microscopy, physicochemical and physiological characterization reveal adaptive traits accounting for algal capacity to reside in snow. Cysts populate liquid water at the periphery of ice, are photosynthetically active, can survive for months, and are sensitive to freezing. They harbor a wrinkled plasma membrane expanding the interface with environment. Ionomic analysis supports a cell efflux of K+, and assimilation of phosphorus. Glycerolipidomic analysis confirms a phosphate limitation. The chloroplast contains thylakoids oriented in all directions, fixes carbon in a central pyrenoid and produces starch in peripheral protuberances. Analysis of cells kept in the dark shows that starch is a short-term carbon storage. The biogenesis of cytosolic droplets shows that they are loaded with triacylglycerol and carotenoids for long-term carbon storage and protection against oxidative stress.
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Affiliation(s)
- Jade A Ezzedine
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Clarisse Uwizeye
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Grégory Si Larbi
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Gaelle Villain
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Mathilde Louwagie
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Marion Schilling
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Pascal Hagenmuller
- Centre d'Etudes de la Neige, Université Grenoble Alpes, Université de Toulouse, Météo-France, CNRS, CNRM, 38000, Grenoble, France
| | - Benoît Gallet
- Institut de Biologie Structurale, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Grenoble Alpes, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives; IRIG, 71 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Adeline Stewart
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Dimitris Petroutsos
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Fabienne Devime
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Pascal Salze
- Jardin du Lautaret, Université Grenoble-Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique; 2233 rue de la piscine, Domaine Universitaire, 38610, Gières, France
| | - Lucie Liger
- Jardin du Lautaret, Université Grenoble-Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique; 2233 rue de la piscine, Domaine Universitaire, 38610, Gières, France
| | - Juliette Jouhet
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Marie Dumont
- Centre d'Etudes de la Neige, Université Grenoble Alpes, Université de Toulouse, Météo-France, CNRS, CNRM, 38000, Grenoble, France
| | - Stéphane Ravanel
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Alberto Amato
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Jean-Gabriel Valay
- Jardin du Lautaret, Université Grenoble-Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique; 2233 rue de la piscine, Domaine Universitaire, 38610, Gières, France
| | - Pierre-Henri Jouneau
- Laboratoire Modélisation et Exploration des Matériaux, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Denis Falconet
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France
| | - Eric Maréchal
- Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, Université Grenoble Alpes; IRIG, CEA-Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38000, Grenoble, France.
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