Differences between two green algae in biological availability of iron bound to strong chelators

摘要

N,N′-di(2-hydroxybenzoyl)-ethylenediamine-N,N′-diacetic acid (HBED) is a very strong Fe3+ chelator. Strategy I vascular plants, which use a reductive system for iron acquisition, similar to many green algae, are able to access iron from HBED (R.L. Chaney. 1988. J. Plant Nutr. 11: 1033-1050). However, iron-limited cells of the Strategy I green alga Chlamydomonas reinhardtii Dangeard were unable to access iron present as Fe3+-HBED. In contrast, Fe3+ chelated with hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid (HEDTA; a weaker chelator) was rapidly taken up by iron-limited Chlamydomonas cells. Chlamydomonas ferric reduction rates with Fe3+-HBED were approximately 15% of the rate observed with Fe3+-HEDTA, suggesting that low reduction rates with Fe3+-HBED might be one factor in the low rate of iron acquisition. By contrast, iron-limited cells of the Strategy I green alga Chlorella kessleri Fott et Nováková were able to rapidly assimilate Fe3+ chelated by HBED, although ferric reduction rates with Fe3+-HBED were approximately 38% the rate of activity with Fe3+-HEDTA. Similar differential iron uptake rates for the two algal species were obtained using the strong Fe3+ chelator (and siderophore analogue) desferrioxamine B mesylate and the cyanobacterial siderophore schizokinen. These results suggest that there are differences among Strategy I green algae in their abilities to acquire Fe3+ from various ferric chelates: not all Strategy I algae can equally access tightly complexed Fe3+. Chlamydomonas appears to be the first documented Strategy I organism that is unable to acquire iron from Fe3+-HBED. These results also suggest that green algal iron acquisition from siderophores is species dependent. Finally, we suggest that iron acquisition from Fe3+-HBED might serve as an assay for an organisms' ability to access tightly complexed iron.L'acide diacétique N,N′-di(2-hydroxybenzoyl)-éthylènediamine-N,N′ (HBED) est un puissant chélateur du Fe3+. Les plantes vasculaires de Stratégie I, qui utilisent un système réducteur pour l'acquisition du fer, tout comme plusieurs algues vertes, sont capables d'accéder au fer à partir du HBED (R.L. Chaney. 1988. J. Plant Nutr. 11: 1033-1050). Cependant, les cellules limitées par le fer chez l'algue verte Chlamydomonas reinhardtii Dangeard, de Stratégie I, sont incapables d'avoir accès au fer sous forme de Fe3+-HBED. Au contraire, le Fe3+ chélaté avec l'acide hydroxyethylethylenediaminetriacetic (HEDTA) (un chélateur plus faible) est rapidement absorbé par les cellules du Chlamydomonas limitées par le fer. Le taux de réduction ferrique avec le Fe3+-HBED est environ 15% de celui qu'on observe avec le Fe3+-HEDTA, ce qui suggère que le faible taux de réduction associé au Fe3+-HBED pourrait être un facteur contribuant au faible taux d'acquisition du fer. Au contraire, les cellules de l'algue verte de Stratégie I, Chlorella kessleri Fott et Novakova, sont capables d'assimiler rapidement le Fe3+ chélaté par le HBED, bien que les taux de réduction ferrique avec le Fe3+-HBED atteignent approximativement 38% du taux d'activité avec le Fe3+-HEDTA. On obtient des taux différentiels d'absorption du fer chez les deux espèces d'algue, en utilisant le mésylate DFB, un puissant chélateur du Fe3+ (et analogue à un sidérophore), et le sidérophore schizokinien cyanobactérien. Les résultats suggèrent qu'il y aurait des différences chez les algues vertes de Stratégie I, dans leurs capacités à acquérir le Fe3+ à partir de diverses sources de chélates ferriques: ce ne sont pas toutes les algues de Stratégie I qui sont capables d'avoir accès au Fe3+ fortement complexé. Le Chlamydomonas semble constitué la première mention d'un organisme de Stratégie I qui soit incapable d'acquérir le fer à partir du Fe3+-HBED. Ces résultats suggèrent également, que l'acquisition du fer à partir de sidérophores chez les algues vertes, dépendrait de l'espèce. Finalement, les auteurs suggèrent que l'acquisition du fer à partir du Fe3+-HBED, pourrait servir de test pour déterminer la capacité d'un organisme à avoir accès au fer complexé.