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Sexuelle Reproduktion in Zygnematophyceae (Charophyta)

Sexual reproduction in Zygnematophyceae (Charophyta)

Andreas Holzinger (ORCID: 0000-0002-7745-3978)
  • Grant-DOI 10.55776/P34181
  • Förderprogramm Einzelprojekte
  • Status laufend
  • Projektbeginn 01.01.2021
  • Projektende 30.06.2026
  • Bewilligungssumme 334.672 €

Wissenschaftsdisziplinen

Biologie (100%)

Keywords

    Green Algae, Plant Physiology, Ultrastructure, Cell Wall, Transcriptome, Zygote

Abstract

In diesem Projekt werden Grünalgen aus der Klasse der Zygnematophyceae untersucht, welche die nächsten lebenden Verwandten der Landpflanzen darstellen. Der Grund für deren evolutionären Erfolg ist noch weitgehend unbekannt, aber es gibt bereits zahlreiche Untersuchungen über die vegetativen Überlebensstrategien dieser Algen. Während junge, frisch geteilte Zellen nicht besonders stresstolerant sind, wandeln sich Zellen mit zunehmender Alterung in reife, vegetative Dauerstadien (Akineten) um, die Fette und andere Speicherstoffe einlagern um das Überdauern der Winterruhe zu ermöglichen. Auch gegen abiotischen Stress wie Austrocknung und ultraviolette Strahlung sind Akineten geschützt. Im Gegensatz dazu ist die sexuelle Reproduktion, welche durch Konjugation erfolgt, nur wenig erforscht. Bei diesem Prozess legen sich die Zellen von zwei Algenfäden dicht aneinander, bilden Kopulations-Schläuche und der Inhalt beider Zellen verschmilzt zu einer Zygote. Diese Zygoten machen danach eine Reifung durch und wandeln sich zu einem Dauerstadium, einer sogenannten Zygospore um. Dabei wird vermehrt Zellwandmaterial gebildet, eine dreischichtige Wandstruktur entsteht welche die Zygosporen sehr resistent gegenüber Umwelteinflüssen machen. Deshalb können Zygosporen ungünstige Bedingungen über längere Zeiträume hinaus überdauern als dies den vegetativ gebildeten Akineten möglich ist. Ein Schlüssel dafür scheint die Ausbildung einer speziellen wasserabweisenden Schichte in der Zygosporenwand zu sein, die Mesospor genannt wird und derzeit noch unbekannte hochpolymere Substanzen enthält, wie sie vergleichbar beispielsweise aus Pollenkörnern höherer Pflanzen bekannt sind. Die Erforschung dieser Substanzen mit unterschiedlichen Methoden ist eine zentrale Fragestellung in diesem Projekt. Dieses Projekt soll Aufschlüsse über die gesamte sexuelle Reproduktion (Konjugation, Zygosporenreifung und anschließende Auskeimung) von Zygnematophyceae liefern, und untersuchen ob diese Strategien in Zusammenhang mit ihrem Erfolg an Land gebracht werden können. Das Forschungsteam aus Österreich wird gemeinsam mit internationalen Kooperationspartnern aus Deutschland und den USA, diesen Fragestellungen mit phylogenetischen-, physiologischen-, ultrastrukturellen, molekularen und biochemisch-analytischen Verfahren nachgehen. Durch die erzielten Ergebnisse sind neue Erkenntnisse im Verständnis des Landganges der Pflanzen zu erwarten.

Forschungsstätte(n)
  • Universität Innsbruck - 100%
Nationale Projektbeteiligte
  • Notburga Gierlinger, Universität für Bodenkultur Wien , nationale:r Kooperationspartner:in
Internationale Projektbeteiligte
  • Burkhard Becker, Universität Köln - Deutschland
  • Dimitri Deheyn, University of California San Diego - Vereinigte Staaten von Amerika
  • Louise A Lewis, University of Connecticut - Vereinigte Staaten von Amerika

Research Output

  • 236 Zitationen
  • 23 Publikationen
Publikationen
  • 2023
    Titel Improved Methods for Acetocarmine and Haematoxylin Staining to Visualize Chromosomes in the Filamentous Green Alga Zygnema (Charophyta)
    DOI 10.21769/bioprotoc.4768
    Typ Journal Article
    Autor Rittmeier N
    Journal Bio-protocol
    Link Publikation
  • 2023
    Titel 3D-reconstructions of zygospores in Zygnema vaginatum (Charophyta) reveal details of cell wall formation, suggesting adaptations to extreme habitats
    DOI 10.1111/ppl.13988
    Typ Journal Article
    Autor Permann C
    Journal Physiologia Plantarum
    Link Publikation
  • 2023
    Titel Lipid degradation and photosynthetic traits after prolonged darkness in four Antarctic benthic diatoms, including the newly described species Planothidium wetzelii sp. nov.
    DOI 10.3389/fmicb.2023.1241826
    Typ Journal Article
    Autor Juchem D
    Journal Frontiers in Microbiology
    Seiten 1241826
    Link Publikation
  • 2024
    Titel Striking differences in frost hardiness and inability to cold acclimate in two Mougeotia species (Zygnematophyceae) from alpine and lowland habitats
    DOI 10.1111/ppl.14167
    Typ Journal Article
    Autor Permann C
    Journal Physiologia Plantarum
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Temperature- and light stress adaptations in Zygnematophyceae: The challenges of a semi-terrestrial lifestyle
    DOI 10.3389/fpls.2022.945394
    Typ Journal Article
    Autor Permann C
    Journal Frontiers in Plant Science
    Seiten 945394
    Link Publikation
  • 2025
    Titel The Spirogyra genome: signatures of shared and divergent division and differentiation
    DOI 10.1101/2025.10.09.681428
    Typ Preprint
    Autor Goldbecker E
    Seiten 2025.10.09.681428
    Link Publikation
  • 2025
    Titel Interdisciplinary investigations of a pristine alpine lake in Austria: The Lake Altaussee Monitoring Program (LAMP)
    DOI 10.1016/j.teadva.2025.200124
    Typ Journal Article
    Autor Deheyn D
    Journal Total Environment Advances
    Seiten 200124
    Link Publikation
  • 2024
    Titel The Light-activated Effect of Natural Anthraquinone Parietin against Candida auris and Other Fungal Priority Pathogens #
    DOI 10.1055/a-2249-9110
    Typ Journal Article
    Autor Fiala J
    Journal Planta Medica
    Seiten 588-594
    Link Publikation
  • 2024
    Titel Zygospore formation in Zygnematophyceae predates several land plant traits
    DOI 10.1098/rstb.2023.0356
    Typ Journal Article
    Autor Permann C
    Journal Philosophical Transactions B
    Seiten 20230356
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Search for evolutionary roots of land plant arabinogalactan-proteins in charophytes: presence of a rhamnogalactan-protein in Spirogyra pratensis (Zygnematophyceae)
    DOI 10.1111/tpj.15577
    Typ Journal Article
    Autor Pfeifer L
    Journal The Plant Journal
    Seiten 568-584
  • 2021
    Titel Ultrastructure of plant cells
    DOI 10.1007/s00709-021-01706-1
    Typ Journal Article
    Autor Holzinger A
    Journal Protoplasma
    Seiten 1167-1169
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Emendation of the Coccoid Cyanobacterial Genus Gloeocapsopsis and Description of the New Species Gloeocapsopsis diffluens sp. nov. and Gloeocapsopsis dulcis sp. nov. Isolated From the Coastal Range of the Atacama Desert (Chile)
    DOI 10.3389/fmicb.2021.671742
    Typ Journal Article
    Autor Jung P
    Journal Frontiers in Microbiology
    Seiten 671742
    Link Publikation
  • 2023
    Titel Terrestrial Trentepohlia sp. (Ulvophyceae) from alpine and coastal collection sites show strong desiccation tolerance and broad light and temperature adaptation
    DOI 10.1007/s00709-023-01866-2
    Typ Journal Article
    Autor Holzinger A
    Journal Protoplasma
    Seiten 1539-1553
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Metabolite Profiling in Green Microalgae with Varying Degrees of Desiccation Tolerance
    DOI 10.3390/microorganisms10050946
    Typ Journal Article
    Autor Aigner S
    Journal Microorganisms
    Seiten 946
    Link Publikation
  • 2025
    Titel New Strains of the Deep Branching Streptophyte Streptofilum: Phylogenetic Position, Cell Biological and Ecophysiological Traits, and Description of Streptofilum arcticum sp. nov
    DOI 10.1111/1462-2920.70033
    Typ Journal Article
    Autor Glaser K
    Journal Environmental Microbiology
    Link Publikation
  • 2025
    Titel Genetic and morphological variation in the genus Zygogonium (Zygnematophyceae, Charophyta) from localities in Europe and North America and description of Z. angustum, sp. nov.
    DOI 10.1111/jpy.70012
    Typ Journal Article
    Autor Stancheva R
    Journal Journal of Phycology
    Seiten 587-606
    Link Publikation
  • 2024
    Titel Zygospore development of Spirogyra (Charophyta) investigated by serial block-face scanning electron microscopy and 3D reconstructions
    DOI 10.3389/fpls.2024.1358974
    Typ Journal Article
    Autor Antreich S
    Journal Frontiers in Plant Science
    Seiten 1358974
    Link Publikation
  • 2024
    Titel Genomes of multicellular algal sisters to land plants illuminate signaling network evolution
    DOI 10.1038/s41588-024-01737-3
    Typ Journal Article
    Autor Feng X
    Journal Nature Genetics
    Seiten 1018-1031
    Link Publikation
  • 2024
    Titel Raman Spectral Analysis in the CHx-Stretching Region as a Guiding Beacon for Non-Targeted, Disruption-Free Monitoring of Germination and Biofilm Formation in the Green Seaweed Ulva
    DOI 10.1002/cphc.202400173
    Typ Journal Article
    Autor Schultz C
    Journal ChemPhysChem
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Induction of Conjugation and Zygospore Cell Wall Characteristics in the Alpine Spirogyra mirabilis (Zygnematophyceae, Charophyta): Advantage under Climate Change Scenarios?
    DOI 10.3390/plants10081740
    Typ Journal Article
    Autor Permann C
    Journal Plants
    Seiten 1740
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Thorsmoerkia curvula gen. et spec. nov. (Trebouxiophyceae, Chlorophyta), a semi-terrestrial microalga from Iceland exhibits high levels of unsaturated fatty acids
    DOI 10.1007/s10811-021-02577-y
    Typ Journal Article
    Autor Nicoletti C
    Journal Journal of Applied Phycology
    Seiten 3671-3682
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Cell wall characteristics during sexual reproduction of Mougeotia sp. (Zygnematophyceae) revealed by electron microscopy, glycan microarrays and RAMAN spectroscopy
    DOI 10.1007/s00709-021-01659-5
    Typ Journal Article
    Autor Permann C
    Journal Protoplasma
    Seiten 1261-1275
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Winter survival of the unicellular green alga Micrasterias denticulata: insights from field monitoring and simulation experiments
    DOI 10.1007/s00709-021-01682-6
    Typ Journal Article
    Autor Steiner P
    Journal Protoplasma
    Seiten 1335-1346
    Link Publikation

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