Abstract During its life, freshwater microalgae need to grow under varying water availabilities such as seasonal dryness of puddles or tidal variations. A vast knowledge of the physiological and molecular responses to osmotic stress is available for land plants, however these responses have been scarcely studied in microalgae. In this work we described the acclimation of Chlamydomonas reinhardtii to a mild osmotic stress during a 24 h time-course experiment. The microalgae stress-responses were reconstructed from the generated proteometabolomic datasets using a systems biology approach. Protein and metabolite dynamics showed a Chlamydomonas tolerance to osmotic stress which seems to rely on three strategies: the accumulation of osmolyte/osmoprotective sugars and glycerol, the increase of ROS scavenging mechanisms, and the alteration of cell physiology. These responses involved specific proteome and metabolome changes, probably tuned by several signaling proteins (MAPK, PP2Cs, PKL1, GUN4) and metabolites as 2-hydroxyglutarate which accumulated under stress. Moreover, the function of the plant orthologs of these proteins suggested the potential activation of brassinosteroid- and ABA-mediated pathways in a plant-like way and the activation of a HOG-like osmorelay resembling a yeast-like response. These pathways were also probably regulating a long-term acclimation mediated by epigenetic mechanisms, being promising targets for further osmotic response characterization or exploitation towards engineering strains accumulating glycerol or other industry-demanding biomolecules.

中文翻译：

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在渗透压力下生长的莱茵衣藻的存活需要蛋白质组重构导致甘油和糖类积累的复杂代谢重排

摘要 在其生命周期中，淡水微藻需要在不同的可用水量下生长，例如水坑的季节性干燥或潮汐变化。陆生植物对渗透胁迫的生理和分子反应有广泛的了解，但在微藻中几乎没有研究过这些反应。在这项工作中，我们描述了莱茵衣藻在 24 小时时间过程实验中对温和渗透压力的适应。使用系统生物学方法从生成的蛋白质代谢组学数据集重建微藻应激反应。蛋白质和代谢物动力学显示衣藻对渗透胁迫的耐受性似乎依赖于三种策略：渗透剂/渗透保护糖和甘油的积累，ROS清除机制的增加，和细胞生理的改变。这些反应涉及特定的蛋白质组和代谢组变化，可能由几种信号蛋白（MAPK、PP2C、PKL1、GUN4）和在压力下积累的代谢物 2-羟基戊二酸调节。此外，这些蛋白质的植物直系同源物的功能表明，油菜素类固醇和 ABA 介导的途径可能以植物样方式激活，并激活类似于酵母样反应的 HOG 样渗透压。这些途径也可能调节由表观遗传机制介导的长期驯化，是进一步渗透反应表征或利用工程菌株积累甘油或其他工业要求的生物分子的有希望的目标。可能由几种信号蛋白（MAPK、PP2Cs、PKL1、GUN4）和代谢物调节，如在压力下积累的 2-羟基戊二酸。此外，这些蛋白质的植物直系同源物的功能表明，油菜素类固醇和 ABA 介导的途径可能以植物样方式激活，并激活类似于酵母样反应的 HOG 样渗透压。这些途径也可能调节由表观遗传机制介导的长期驯化，是进一步渗透反应表征或利用工程菌株积累甘油或其他工业要求的生物分子的有希望的目标。可能由几种信号蛋白（MAPK、PP2Cs、PKL1、GUN4）和代谢物调节，如在压力下积累的 2-羟基戊二酸。此外，这些蛋白质的植物直系同源物的功能表明，油菜素类固醇和 ABA 介导的途径可能以植物样方式激活，并激活类似于酵母样反应的 HOG 样渗透压。这些途径也可能调节由表观遗传机制介导的长期驯化，是进一步渗透反应表征或利用工程菌株积累甘油或其他工业要求的生物分子的有希望的目标。这些蛋白质的植物直系同源物的功能表明，油菜素类固醇和 ABA 介导的通路可能以植物样方式激活，并激活类似于酵母样反应的 HOG 样渗透压。这些途径也可能调节由表观遗传机制介导的长期驯化，是进一步渗透反应表征或利用工程菌株积累甘油或其他工业要求的生物分子的有希望的目标。这些蛋白质的植物直系同源物的功能表明，油菜素类固醇和 ABA 介导的通路可能以植物样方式激活，并激活类似于酵母样反应的 HOG 样渗透压。这些途径也可能调节由表观遗传机制介导的长期驯化，是进一步渗透反应表征或利用工程菌株积累甘油或其他工业要求的生物分子的有希望的目标。