Ministeria

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Ministeria

Ministeria vibrans

Systematik
ohne Rang: Holozoa
ohne Rang: Filozoa
ohne Rang: Filasterea
ohne Rang: Ministeriida
Familie: Ministeriidae
Gattung: Ministeria
Wissenschaftlicher Name
Ministeria
Patterson, Nygaard, Steinberg & Turley, 1993[1]
Ministeria vibrans

Ministeria ist eine Gattung (Biologie) bakterienfressende Amöben mit Filopodien (Scheinfüßchen).[2] Sie ist die einzige Gattung in der Familie Ministeriidae innerhalb der Klade (Klasse) Filasterea.[3] Es sind zwei Spezies der Gattung bekannt, M. marisola (Typusart) und M. vibrans.

Die Ministeria-Arten besitzen die für Mitglieder der Filasterea typischen Filopodien genannten Zellausläufer mit Mikrofilamenten aus etlichen nebeneinander geordneten Strängen des Strukturproteins [[Aktin] in ihrem Inneren. Diese Filopodien erscheinen stets fadenartig dünn und unverzweigt. Sie besitzen auf ihrer gesamten Länge die gleiche Dicke und verjüngen sich an der Spitze nicht.[3] Für derartige Filopodien ist die Bezeichnung „Filodigiti“ vorgeschlagen worden.[4]

M. marisola ist bisher (Stand 2019) noch nicht in Reinkultur gebracht worden, im Gegensatz zur Spezies M. vibrans, die bereits zweimal in Reinkultur isoliert wurde.[5][1]

Forschungsgeschichte

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Die Typusart wurde von Patterson et al. 1993 entdeckt und erstbeschrieben,[1] die zweite Art, Ministeria vibrans wurde 1997 von Tong beschrieben.[6] In Studie von 2003 und 2006 wurde festgestellt, dass es sich bei der Gattung um eine monophyletische Gruppe handelt.[7] Im Jahr 2008 schuf Thomas Cavalier-Smith die Familie Ministeriidae, mit Ministeria als einziger Gattung (Typusgattung).[3]

Lebenszyklus

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Bekannte Stadien sind:

  1. das eines freilebenden marinen Bakterienfressers;[8]
  2. (nur bei M. vibrans): ein festsitzendes Stadium, bei dem sich die Zellen mit einer Art Stiel (Näheres s. u.) am Substrat anheften.[3]

Ein Zystenstadium ist nicht bekannt.[3]

Genetik

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In den beiden Filasterea-Arten Capsaspora owczarzaki und Ministeria vibrans sind aber mehrere der Tyrosinkinasen-Familien der Metazoa vorhanden. Das ist besonders interessant, denn ansonsten haben die nicht zu den Metazoa (Tieren) gehörigen Eukaryoten zwar oft ein außerordentlich großes Repertoire an Tyrosinkinasen (z. B. gibt es mindestens 88 Rezeptor-Tyrosinkinasen im Choanoflagellaten Monosiga brevicollis); aber deren die Liganden-bindenden Domänen ähneln nicht denen von Tieren. Die Tatsache, dass die Kinase der Src-Familie in diesen Filasterea mit den gleichen Ausprägungen wie bei Tieren vorkommt, deutet darauf hin, dass dieses Proteinmodul uralte Ursprünge und es eine sehr beständige Konservierung dieser Domänenarchitektur gibt. Neben mehreren tierischen Tyrosinkinasen gibt es bei Ministeria vibrans aber auch Tyrosinkinasen, die bei Tieren nicht vorkommen.[9][10]

Die MAGUK (englisch membrane-associated guanylate kinase genannte Proteinfamilie enthielt wahrscheinlich schon vor der Trennung von Filasterea und Choanozoa mehrere Varianten: Der einzellige Vorfahr der Tiere enthielt offenbar bereits Vorläufer der MAGUKs MAGI, DLG und MPP.[11] Eine detaillierte Beschreibung von Genom bzw. Proteom findet sich bei Xavier Grau-Bové et al. (2017).[12] -->

Es gibt mindestens 2 KLF-Proteine.[A. 1][13]

Die mitochondriale DNA (mtDNA) von M. vibrans hat eine Größe von 55.918 bp und kodiert zu 80 % für insgesamt 24 tRNAs, 2 rRNAs (18S und 28S) und 24 Proteine, von denen 14 Teil der Elektronentransportkette und 10 Teil der Ribosomen sind.[14][15]

Es gibt keine bekannte microRNA (miRNA) oder ein an der miRNA-Produktion beteiligtes Protein.[16]

Systematik

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Phylogenetischer Baum mit der Gattung Ministeria

Der amöboide Protist Ministeria vibrans nimmt eine Schlüsselposition beim Verständnis der evolutionären Ursprünge der Tiere ein. Er gehört zu den Filasterea, der Schwestergruppe der Filozoa, die sich aus den Choanoflagellaten (Kragengeißeltierchen) und den Metazoa (vielzelligen Tieren) zusammensetzen.[2][17] Bisher wurden zwei Arten der Gattung Ministeria beschrieben, beide aus Meereswasserproben von Küsten: M. vibrans und die Typusart M. marisola.[18][6][1]

Gattung Ministeria Patterson, Nygaard, Steinberg & Turley, 1993(A,G,N,O,T,N,W)

Quellen:

(A)G– AlgaeBase[18]
(G)J– Global Biodiversity Information Facility (GBIF)[21]
(N)G– National Center for Biotechnology Information (NCBI) Taxonomy Browser[22]
(O)G– Ocean Biogeographic Information System (OBIS)[23]
(T)G– The Taxonomicon (taxonomy.nl)[24]
(W)L– World Register of Marine Species (WoRMS)[25]

Bedeutung

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Zwar scheint der ökologische Einfluss der Gattung gering zu sein. Ministeria ist aber von großer stammesgeschichtlicher (phylogenetischer) Bedeutung, weil sie als Mitglied der Filasterea, zu einer eng mit den vielzelligen Tieren (Metazoa) verwandten Organismengruppe gehört.[19]

Ministeria marisola

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Die ersten Exemplare der Gattung Ministeria und damit von der Typusart M. marisola wurden von Patterson et al. wie 1993 berichtet bei einer Untersuchung von Detritus-assoziierten Protisten aus der Tiefsee gefunden.[A. 2] Diese Spezies ist laut Beschreibung ein kleiner Protist. Ihr kugelförmiger Körper misst 1,5-3,0 μm und hat 14 gleich lange strahlenförmig streng geometrisch-symmetrisch angeordnete Arme, deren Länge von Zelle zu Zelle im Bereich von 3,5 bis 8,5 m variiert. Die Arme sind zytoplasmatisch ohne innere Skelettstrukturen und werden daher auch als Filopodien bezeichnet. Sie erscheinen jedoch steif und laufen an ihrem Ende nicht spitz (verjüngt) zu. Es wurde keine aktive Bewegung dieser Zellen festgestellt.[1][5] Ein zweites Flagellen-Stadium mit begeißelten Zellen wurde ebenso nicht beobachtet.[1][26]

M. marisola nimmt trotz der geringen Größe partikuläre Nahrung auf (Bakterien).[1]

In den Mitochondrien befinden sich flache Cristae.[1]

Ministeria vibrans

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Die zweite Art der Gattung Ministeria, M. vibrans, wurde 1997 von Susan erstbeschrieben.[6] Sie unterscheidet sich von der Typusart M. marisola neben einer größere Anzahl von Armen durch einen Stiel (englisch stalk), womit sich die Zellen am Substrat anheften (Tong, 1997, Tong et al., 1998). Dies führt zu einer vibrierenden Bewegung der Zelle führt (namensgebend, vibratile stalk). Dieser Stiel wurde als Geißel bzw. als eine von der Geißel abgeleitete Struktur gedeutet. Molekulare und experimentelle Untersuchungen haben später bestätigt, dass dieser Stiel tatsächlich ein Geißelapparat und kein Stumpf ist.[3][2][5][20]

M. vibrans wurde sporadisch in verschiedenen Lebensräumen gefunden, und es wurden kultivierte Stämme etabliert. Einer dieser Stämme wurde aus sauerstoffarmem Wasser der Ostsee isoliert. Es konnte an diesem ein dünnes vibrierendes Flagellum (Geißel) beobachtet werden, aber keine vibrierende Bewegung des Zellkörpers selbst und auch kein Stiel zum Anheften. Zwei Zentriolen können aus der Nähe des Zellkerns an die Zellperipherie wandern und sich in ein Kinetid[27] verwandeln: die Zentriole steht orthogonal zum Kinetosom mit einer fibrillären Wurzel und einem basalen Fuß, von dem Mikrotubuli ausgehen. Die Kinetidstruktur von M. vibrans ähnelt der der Choanozyten der im Stammbaum am tiefsten verzweigten (d. h. basalen) Schwämme, aber unterscheidet sich wesentlich von den Kinetiden der Choanoflagellaten.[5] Die Filopodien haben parallelen Mikrofilamenten, die homolog zu den Mikrovilli der Choanoflagellata sind.[20]

Die Mikrovilli in Ministeria deuten auf einen gemeinsamen Vorfahren der Filasterea und Choanoflagellata hin. Kinetid und Mikrovilli von Ministeria veranschaulichen also Merkmale des gemeinsamen Vorfahren von drei Gruppen der Holozoa: Filasterea, Metazoa und Choanoflagellata.[5]

Anmerkungen

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  1. ↑ KLF: Krüppel-like factors, Krüppel-ähnliche Faktoren: Proteine, die die Genexpression regulieren
  2. ↑ RRS Discovey, Expedition 168, Juli 1987, Tiefe 1515 m, Sediment, Atlantik (20°29'N 18°27'W)[1]

Weiterführende Literatur

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  • Sina M. Adl, David Bass, Christopher E. Lane, Julius Lukeš, Conrad L. Schoch, Alexey Smirnov, Sabine Agatha, Cedric Berney, Matthew W. Brown, Fabien Burki, Paco Cárdenas, Ivan Čepička, Lyudmila Chistyakova, Javier del Campo, Micah Dunthorn, Bente Edvardsen, Yana Eglit, Laure Guillou, Vladimír Hampl, Aaron A. Hei​ss, Mona Hoppenrath, Timothy Y. James, Anna Karnkowska, Sergey Karpov, Eunsoo Kim, Martin Kolisko, Alexander Kudryavtsev, Daniel J. G. Lahr, Enrique Lara, Line Le Gall, Denis H. Lynn, David G. Mann, Ramon Massana, Edward A. D. Mitchell, Christine Morrow, Jong Soo Park, Jan W. Pawlowski, Martha J. Powell, Daniel J. Richter, Sonja Rueckert, Lora Shadwick, Satoshi Shimano, Frederick W. Spiegel, Guifré Torruella, Noha Youssef, Vasily Zlatogursky, Qianqian Zhang: Revisions to the Classification, Nomenclature, and Diversity of Eukaryotes. In: Journal of Eukaryotic Microbiology. 66. Jahrgang, Nr. 1, 19. Januar 2019, S. 4–119, doi:10.1111/jeu.12691, PMID 30257078, PMC 6492006 (freier Volltext) – (englisch).

Einzelnachweise

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  1. ↑ a b c d e f g h i David J. Patterson, Kari Nygaard, Gero Steinberg, Carol M. Turley: Heterotrophic flagellates and other protists associated with oceanic detritus throughout the water column in the mid North Atlantic. In: Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom. 73. Jahrgang, Nr. 1, 1993, Epub 11. Mai 2009, S. 67–95, doi:10.1017/S0025315400032653 (englisch).
  2. ↑ a b c Guifré Torruella, Romain Derelle, Jordi Paps, B. Franz Lang, Andrew J. Roger, Kamran Shalchian-Tabrizi, Iñaki Ruiz-Trillo: Phylogenetic Relationships within the Opisthokonta Based on Phylogenomic Analyses of Conserved Single-Copy Protein Domains. In: Molecular Biology and Evolution. 29. Jahrgang, Nr. 2, Februar 2012, Epub 18. Juli 2011, S. 531–544, doi:10.1093/molbev/msr185, PMID 21771718, PMC 3350318 (freier Volltext) – (englisch).
  3. ↑ a b c d e f Kamran Shalchian-Tabrizi, Marianne A. Minge, Mari Espelund, Russell Orr, Torgeir Ruden, Kjetill S. Jakobsen, Thomas Cavalier-Smith: Multigene phylogeny of Choanozoa and the origin of animals. In: PLoS ONE. 3. Jahrgang, Nr. 5, 7. Mai 2008, S. e2098, doi:10.1371/journal.pone.0002098, PMID 18461162, PMC 2346548 (freier Volltext), bibcode:2008PLoSO...3.2098S (englisch).
  4. ↑ Thomas Cavalier-Smith: Origin of animal multicellularity: precursors, causes, consequences — the choanoflagellate/sponge transition, neurogenesis and the Cambrian explosion. In: Philosophical Transactions of the Royal Society B. Band 372, 2017, S. 2; doi:10.1098/rstb.2015.0476 (englisch).
  5. ↑ a b c d e f g Alexander P. Mylnikov, Denis V. Tikhonenkov, Sergey A. Karpov, Claudia Wylezich: Microscopical Studies on Ministeria vibrans Tong, 1997 (Filasterea) Highlight the Cytoskeletal Structure of the Common Ancestor of Filasterea, Metazoa and Choanoflagellata. In: Protist, Band 170, Nr. 4, 1. August 2019, S. 385–396; doi:10.1016/j.protis.2019.07.001, PMID 31493690 (englisch).
  6. ↑ a b c d Susan M. Tong: Heterotrophic flagellates and other protists from Southampton Water, U.K. In: Ophelia. 47. Jahrgang, Nr. 2, November 1997, S. 71–131, doi:10.1080/00785236.1997.10427291 (englisch).
  7. ↑ Laura Wegener Parfrey, Erika Barbero, Elyse Lasser, Micah Dunthorn, Debashish Bhattacharya, David J Patterson, Laura A Katz: Evaluating support for the current classification of eukaryotic diversity. In: PLoS Genetics. 2. Jahrgang, Nr. 12, 13. November 2006, S. e220, doi:10.1371/journal.pgen.0020220, PMID 17194223, PMC 1713255 (freier Volltext) – (englisch).
  8. ↑ Jade Southworth, Paul Armitage, Brandon Fallon, Holly Dawson, Jarosław Bryk, Martin Carr: Patterns of Ancestral Animal Codon Usage Bias Revealed through Holozoan Protists. In: Molecular Biology and Evolution. 35. Jahrgang, Nr. 10, 1. Oktober 2018, S. 2499–2511, doi:10.1093/molbev/msy157, PMID 30169693, PMC 6188563 (freier Volltext) – (englisch).
  9. ↑ Kira P. Schultheiss, Barbara P. Craddock, Hiroshi Suga, W. Todd Miller: Regulation of Src and Csk nonreceptor tyrosine kinases in the filasterean Ministeria vibrans. In: Biochemistry, Band 53, Nr. 8, 4. März 2014, S. 1320–1329, doi:10.1021/bi4016499, PMC 4033911 (freier Volltext), PMID 24520931 (englisch).
  10. ↑ Neel H. Shah, Jeanine F. Amacher, Laura M. Nocka, John Kuriyan: The Src module: an ancient scaffold in the evolution of cytoplasmic tyrosine kinases. In: Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. 53. Jahrgang, Nr. 5, 5. September 2018, S. 535–563, doi:10.1080/10409238.2018.1495173, PMID 30183386, PMC 6328253 (freier Volltext) – (englisch).
  11. ↑ Alex de Mendoza, Hiroshi Suga, Iñaki Ruiz-Trillo: Evolution of the MAGUK protein gene family in premetazoan lineages. In: BMC Evolutionary Biology. 10. Jahrgang, Nr. 93, 1. April 2010, doi:10.1186/1471-2148-10-93, PMID 20359327, PMC 2859873 (freier Volltext) – (englisch).
  12. ↑ Xavier Grau-Bové, Guifré Torruella, Stuart Donachie, Hiroshi Suga, Guy Leonard, Thomas A. Richards, Iñaki Ruiz-Trillo: Dynamics of genomic innovation in the unicellular ancestry of animals. In: eLife. 6. Jahrgang, 20. Juli 2017, S. e26036, doi:10.7554/eLife.26036, PMID 28726632, PMC 5560861 (freier Volltext) – (englisch).
  13. ↑ Jimin Pei, Nick V. Grishin: C2H2 zinc finger proteins of the SP/KLF, Wilms tumor, EGR, Huckebein, and Klumpfuss families in metazoans and beyond. In: Gene. 573. Jahrgang, Nr. 1, 15. November 2015, S. 91–99, doi:10.1016/j.gene.2015.07.031, PMID 26187067, PMC 4941636 (freier Volltext) – (englisch).
  14. ↑ Salma Sana, Emilie A. Hardouin, Richard Paley, Tiantian Zhang, Demetra Andreou: The complete mitochondrial genome of a parasite at the animal-fungal boundary. In: Parasit Vectors. 13. Jahrgang, Nr. 1, 17. Februar 2020, S. 81, doi:10.1186/s13071-020-3926-5, PMID 32066491, PMC 7027106 (freier Volltext) – (englisch).
  15. ↑ Dennis V. Lavrov, B. Franz Lang: Mitochondrial Genomes in Unicellular Relatives of Animals. In: Robert D. Wells, Judith S. Bond, Judith Klinman, Bettie Sue Siler Masters, Ellis Bell (Hrsg.): Molecular Life Sciences, ISBN 978-1-4614-6436-5, Springer New York, Mai 2014, S. 1–4; doi:10.1007/978-1-4614-6436-5_178-2, ResearchGate:270582260 (englisch).
  16. ↑ Jon Bråte, Ralf S. Neumann, Bastian Fromm, Arthur A. B. Haraldsen, James E. Tarver, Hiroshi Suga, Philip C. J. Donoghue, Kevin J. Peterson, Iñaki Ruiz-Trillo, Paul E. Grini, Kamran Shalchian-Tabrizi: Unicellular Origin of the Animal MicroRNA Machinery. In: Curr Biol. 28. Jahrgang, Nr. 20, 22. Oktober 2018, S. 3288–3295.e5, doi:10.1016/j.cub.2018.08.018, PMID 30318349, PMC 6206976 (freier Volltext) – (englisch).
  17. ↑ Guifré Torruella, Alex de Mendoza, Xavier Grau-Bové, Meritxell Antó, Mark A. Chaplin, Javier del Campo, Laura Eme, Gregorio Pérez-Cordón, Christopher M. Whipps, Krista M. Nichols, Richard Paley, Andrew J. Roger, Ariadna Sitjà-Bobadilla, Stuart Donachie, Iñaki Ruiz-Trillo: Phylogenomics Reveals Convergent Evolution of Lifestyles in Close Relatives of Animals and Fungi. In: Current Biology. 25. Jahrgang, Nr. 18, September 2015, S. 2404–2410, doi:10.1016/j.cub.2015.07.053, PMID 26365255 (englisch).
  18. ↑ a b AlgaeBase: Ministeria, Details: Ministeria D.J.Patterson, K.Nygaard, G.Steinberg & C.M.Turley, 1993 (Genus).
  19. ↑ a b Thomas Cavalier-Smith: Ciliary transition zone evolution and the root of the eukaryote tree: implications for opisthokont origin and classification of kingdoms Protozoa, Plantae, and Fungi. In: Protoplasma. 259. Jahrgang, Nr. 3, Mai 2022, Epub: 23, Dezember 2021, S. 487–593, doi:10.1007/s00709-021-01665-7, PMID 34940909, PMC 9010356 (freier Volltext) – (englisch).
  20. ↑ a b c Denis V. Tikhonenkov, Elisabeth Hehenberger, Anton S. Esaulov, Olga I. Belyakova, Yuri A. Mazei, Alexander P. Mylnikov, Patrick J. Keeling: Insights into the origin of metazoan multicellularity from predatory unicellular relatives of animals. In: BMC Biology. 18. Jahrgang, Nr. 39, 9. April 2020, doi:10.1186/s12915-020-0762-1, PMID 32272915, PMC 7147346 (freier Volltext) – (englisch).
  21. ↑ GBIF: Ministeria Patterson, Nygaard, Steinberg & Turley, 1993.
  22. ↑ NCBI Taxonomy Browser: Minissteria, Details: Ministeria (genus).
  23. ↑ OBIS: Ministeria Patterson, Nygaard, Steinberg & Turley, 1993.
  24. ↑ Taxon: Genus Ministeria Patterson et al., 1993 (protozoan)
  25. ↑ WoRMS: Ministeria Patterson, Nygaard, Steinberg & Turley, 1993 (Genus).
  26. ↑ Jordi Paps, Luis A. Medina-Chacón, Wyth Marshall, Hiroshi Suga, Iñaki Ruiz-Trillo: Molecular phylogeny of unikonts: new insights into the position of apusomonads and ancyromonads and the internal relationships of opisthokonts. In: Protist. 164. Jahrgang, Nr. 1, 18. Oktober 2012, S. 2–12, doi:10.1016/j.protis.2012.09.002, PMID 23083534, PMC 4342546 (freier Volltext) – (englisch).
  27. ↑ Wiktionary: kinetid (englisch).
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