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Modeled temperature dependencies of macromolecular allocation and elemental stoichiometry in phytoplankton
Computational and Structural Biotechnology Journal ( IF 4.4 ) Pub Date : 2021-09-28 , DOI: 10.1016/j.csbj.2021.09.028 Gabrielle Armin 1 , Keisuke Inomura 1
Computational and Structural Biotechnology Journal ( IF 4.4 ) Pub Date : 2021-09-28 , DOI: 10.1016/j.csbj.2021.09.028 Gabrielle Armin 1 , Keisuke Inomura 1
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Warming oceans may affect how phytoplankton allocate nutrients to essential cellular processes. Despite the potential impact of such processes on future biogeochemical cycles, questions remain about how temperature affects macromolecular allocation and elemental stoichiometry within phytoplankton cells. Here, we present a macromolecular model of phytoplankton and the effect of increasing temperature on the intracellular allocation of nutrients at a constant growth rate. When temperature increases under nitrogen (N) and phosphorus (P) co-limitation, the model shows less investment in phosphorus-rich RNA molecules relative to nitrogen-rich proteins, leading to a more severe decrease in cellular P:C than N:C causing increased cellular N:P values. Under P limitation, the model shows a similar pattern, but when excess P is available under N limitation, we predict lowered N:P due to the effect of luxury uptake of P. We reflected our model result on the surface ocean showing similar latitudinal patterns in N:P and P:C to observation and other model predictions, suggesting a considerable impact of temperature on constraining the elemental stoichiometry in the ocean.
中文翻译：
浮游植物中大分子分配和元素化学计量的温度依赖性建模
海洋变暖可能会影响浮游植物将营养物质分配给重要细胞过程的方式。尽管这些过程对未来的生物地球化学循环具有潜在影响，但关于温度如何影响浮游植物细胞内的大分子分配和元素化学计量的问题仍然存在。在这里，我们提出了浮游植物的大分子模型以及恒定生长速率下温度升高对细胞内营养物质分配的影响。当温度在氮 (N) 和磷 (P) 共同限制下升高时，该模型显示，相对于富氮蛋白质，富磷 RNA 分子的投入较少，导致细胞 P:C 比 N:C 下降更严重导致细胞 N:P 值增加。在 P 限制下，模型显示出类似的模式，但当在 N 限制下有多余的 P 时，我们预测由于 P 的奢侈吸收的影响，N:P 会降低。我们将我们的模型结果反映在显示类似纬度模式的表面海洋上N：P和P：C对观测和其他模型预测的影响，表明温度对限制海洋中的元素化学计量有相当大的影响。
更新日期：2021-09-28
中文翻译：
浮游植物中大分子分配和元素化学计量的温度依赖性建模
海洋变暖可能会影响浮游植物将营养物质分配给重要细胞过程的方式。尽管这些过程对未来的生物地球化学循环具有潜在影响，但关于温度如何影响浮游植物细胞内的大分子分配和元素化学计量的问题仍然存在。在这里，我们提出了浮游植物的大分子模型以及恒定生长速率下温度升高对细胞内营养物质分配的影响。当温度在氮 (N) 和磷 (P) 共同限制下升高时，该模型显示，相对于富氮蛋白质，富磷 RNA 分子的投入较少，导致细胞 P:C 比 N:C 下降更严重导致细胞 N:P 值增加。在 P 限制下，模型显示出类似的模式，但当在 N 限制下有多余的 P 时，我们预测由于 P 的奢侈吸收的影响，N:P 会降低。我们将我们的模型结果反映在显示类似纬度模式的表面海洋上N：P和P：C对观测和其他模型预测的影响，表明温度对限制海洋中的元素化学计量有相当大的影响。
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