Genome-based analysis of biogenic/phytoplankton influence on the global sulphur cycle.

Svovel-aerosoler generert fra mikroorganismer kan fungere som kondensasjonskjerner for vanndamp og bidra til skydannelse over hav. Dette prosjektet har hatt som mål å undersøke hvordan to økologisk viktige svovelforbindelser, dimetylsufoniopropionat (DMSP) og dimetylsulfid (DMS), blir produsert av encellete marine alger. Vi har identifisert enzymer som er involvert i biosyntese av DMSP i kiselalgen Thalassiosira pseudonana. Globale genekspresjonsstudier er gjort for å kartlegge regulering og endring i cellemetabolisme under ulike betingelser samt identifisere kandidatgener. En transkriptomstudie av effekter av silikat på DMSP i T. pseudonana celler viste at intracellulært DMSP-nivå ble fordoblet som følge av silikatsulting. Kandidater til alle biosyntesetrinnene ble funnet på basis av økt genekspresjon i silikatsultet kultur. En annen studie i kiselalger identifiserte fem kandidater til biosyntesesporet; tre av disse viste økt genekspresjon ved silikatsulting. DMSP brytes ned til DMS av enzymet DMSP lyase i bakterier. Vi har identifisert et gen i kalkflagellaten Emiliania huxleyi med likhet til DMSP lyase. Genet ble sekvensert i to stammer av E. huxleyi med henholdvis lav og høy DMSP lyase-aktivitet, og flere forskjeller på proteinnivå ble funnet. Genekspresjonsanalyser viste at DMSP lyase-genet var høyere uttrykt i stammen med høy DMSP lyase-aktivitet. Videre proteinkjemisk karakterisering av DMSP lyase-enzymet vil vise om enzymet forklare om enzymet er en hovedaktør i nedbrytningen av DMSP.

Dimethylsulphide (DMS) is a semivolatile organic sulphur compound that accounts for 50-60% of the total natural reduced sulphur flux to the atmosphere. In the atmosphere, DMS is oxidised to acidic sulphur aerosols which can act as condensation nuclei for water vapour, leading to formation of clouds over the ocean. DMS is produced mostly through biogenic processes, mainly through enzymatic cleavage of dimethylsulfoniopropionate (DMSP), a compound that is produced in several groups of marine phytoplankton. DMSP appears to act both as an osmolyte and a cryoprotectant as well as an antioxidant. However, the molecular mechanisms behind biosynthesis, processing, sensing and uptake of DMSP in phytoplankton are unknown. Here, we propose to use functional genomi cs tools in combination with biochemical and molecular biology analyses to identify the molecular components and pathways involved in the cycling of DMSP and DMS in the oceans. We utilise the available genome sequences of three ecologically important phyt oplankton species: the diatom T. pseudonana, the haptophyte E. huxleyi and the prasinophyte M. pusilla. Whole-genome microarrays will be designed for each species. Microarray experiments will be performed based on unique properties for each species with r egard to different aspects of DMSP synthesis, processing and sensing. These experiments will be combined with chromatographic measurements of DMS and DMSP and other physiological data. The resulting datasets will be mined for candidate genes. Selected gen es will be subjected to functional analyses using molecular methods. Purified recombinant protein will be used for biochemical analyses. Results from this project will provide novel knowledge on key processes in the cycling of DMSP and DMS in three impor tant classes of phytoplankton. Implementation of this knowledge into suitable models will improve prediction of DMS production and its effect on the global sulphur cycle and cloud formation in future scenarios.