微細藻類の非生物的および生物的損傷は、バイオ燃料生産のための藻類培養の早期診断のために異なる揮発性有機化合物（VOC）を生成します

産業バイオマス生産に使用されるオープン微細藻類の池は、多くの生物的および非生物的環境ストレッサー（例えば、草食動物、病原体、pH、温度など）の影響を受け、その結果、高い経済コストで池の衝突が発生します。ストレッサーの迅速で非侵襲的かつ正確な識別を支援するための署名化学物質の識別は、藻類の作物を壊滅的な衝突から救うための標的かつ効果的な治療を促進します。具体的には、藻類作物の損傷の早期診断として使用できる揮発性有機化合物（VOC）を特定することに興味がありました。Microchloropsis gaditanaの培養物は、2つの形態の藻類作物損傷を受けました：（1）海洋回体、Brachionus plicatilis、または（2）繰り返される凍結融解サイクルによる活発な放牧。これらの藻類培養のヘッドスペースの上に放出されたVOCは、フィールド可能な固相マイクロ抽出（SPME）繊維を使用して収集されました。ガスクロマトグラフィマス分光法（GC-MS）を使用して、VOCの魅力のない分析と同定が実施されました。各藻類作物損傷メカニズムに固有の診断VOCが特定されました。M. gaditanaの活動的な回転剤放牧は、β-シクロシトラルやさまざまなアルケンを含むカロテノイド分解生成物の出現によって特徴付けられました。凍結融解藻類は、パルミトール酸を含むさまざまなVOCセットを生成しました。回転剤の放牧と凍結融解藻類の両方が、VOCとしてβ-イオンを生成し、おそらく共通のストレス誘発性細胞メカニズムを示唆しています。重要なことに、これらの特定されたVOCはすべて、M。gaditanaの健康な藻類培養に存在していませんでした。生物的または非生物的環境ストレッサーの早期発見は、藻類の池の衝突を防ぐために、標的治療の早期診断と適用を促進します。したがって、私たちの研究は、藻類の池の健康を監視するためのVOCの使用をさらにサポートし、最終的にバイオ燃料の生産のための藻類作物収量を高めます。

Open microalgal ponds used in industrial biomass production are susceptible to a number of biotic and abiotic environmental stressors (e.g., grazers, pathogens, pH, temperature, etc.) resulting in pond crashes with high economic costs. Identification of signature chemicals to aid in rapid, non-invasive, and accurate identification of the stressors would facilitate targeted and effective treatment to save the algal crop from a catastrophic crash. Specifically, we were interested in identifying volatile organic compounds (VOCs) that can be used to as an early diagnostic for algal crop damage. Cultures of Microchloropsis gaditana were subjected to two forms of algal crop damage: (1) active grazing by the marine rotifer, Brachionus plicatilis, or (2) repeated freeze-thaw cycles. VOCs emitted above the headspace of these algal cultures were collected using fieldable solid phase microextraction (SPME) fibers. An untargeted analysis and identification of VOCs was conducted using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Diagnostic VOCs unique to each algal crop damage mechanism were identified. Active rotifer grazing of M. gaditana was characterized by the appearance of carotenoid degradation products, including β-cyclocitral and various alkenes. Freeze-thaw algae produced a different set of VOCs, including palmitoleic acid. Both rotifer grazing and freeze-thawed algae produced β-ionone as a VOC, possibly suggesting a common stress-induced cellular mechanism. Importantly, these identified VOCs were all absent from healthy algal cultures of M. gaditana. Early detection of biotic or abiotic environmental stressors will facilitate early diagnosis and application of targeted treatments to prevent algal pond crashes. Thus, our work further supports the use of VOCs for monitoring the health of algal ponds to ultimately enhance algal crop yields for production of biofuel.