Abstract Oxygenic phototrophs have evolved a remarkable plethora of strategies to react to changes in light intensity and spectral range, which allows them to thrive in a wide range of environmental conditions. Varying light quality and quantity influences the balance between solar energy capture and utilisation in photosynthesis, affecting concomitantly the downstream processes of central carbon and nitrogen metabolism as well as cellular growth and division. Here, we performed a comprehensive analysis of the mechanisms of long-term photoacclimation of an extremophilic red alga Cyanidioschyzon merolae that grows in sulphuric hot springs at high temperatures and low pH. By using spectroscopic, confocal fluorescence microscopy, photosynthetic performance measurements and global transcriptome analyses, we identified several molecular mechanisms underlying the long-term adaptation of this acido-thermophilic red alga to varying light intensity and spectral quality. These include: (1) remodelling of the functional antenna size of both photosystems; (2) rearrangement of the PSB/PSII/PSI microdomains within thylakoids; (3) modulation of the photosynthetic performance parameters, especially at the level of non-photochemical quenching, and (4) transcriptional regulation of photosynthesis and its regulatory components as well as downstream metabolic pathways related to ROS detoxification, cell/organelle division, and central carbon and nitrogen metabolism. Such an intricate network of interplay between light-driven reactions and downstream metabolic pathways provides the necessary basis for maintaining the highest photosynthetic performance under light-limiting conditions.

The eukaryotic red alga Cyanidioschyzon merolae 10D is an emerging algal host for synthetic biology and metabolic engineering. Its small nuclear genome (16.5 Mb; 4775 genes), low intron content (38), stable transgene expression, and capacity for homologous recombination into its nuclear genome make it ideal for genetic and metabolic engineering endeavors. Here, we present an optimized transformation and selection protocol, which yields single chloramphenicol-resistant transformants in under two weeks. Transformation dynamics and a synthetic modular plasmid toolkit are reported, including several new fluorescent reporters. Techniques for fluorescence reporter imaging and analysis at different scales are presented to facilitate high-throughput screening of C. merolae transformants. We use this plasmid toolkit to overexpress the Ipomoea batatas isoprene synthase and demonstrate the dynamics of engineered volatile isoprene production during different light regimes using multi-port headspace analysis coupled to parallel photobioreactors. This work seeks to promote C. merolae as an algal system for metabolic engineering and future sustainable biotechnological production.

Abstract Efficient splicing requires the tight coordination of dynamic spliceosomal RNAs and proteins. U6 is the only spliceosomal RNA transcribed by RNA Polymerase III and undergoes an extensive maturation process. In both humans and fission yeast, this includes addition of a 5’ γ-monomethyl phosphate cap by members of the Bin3/MePCE family. Previously, we have shown that the Bin3/MePCE homolog Bmc1 is recruited to the S. pombe telomerase holoenzyme by the LARP7 family protein Pof8, where it acts in a catalytic-independent manner to protect the telomerase RNA and facilitate holoenzyme assembly. Here, we show that Bmc1 and Pof8 also interact in a U6-containing snRNP. We demonstrate that Bmc1 and Pof8 promote 2’-O-methylation of the U6 internal stem loop and identify and characterize a non-canonical snoRNA that guides this methylation. Fission yeast strains deleted of Bmc1 show altered U4/U6 di-snRNP assembly patterns and impaired splicing at elevated temperatures. These results are thus consistent with a novel role for Bmc1/MePCE family members in stimulating U6 post-transcriptional modifications and promoting U6 snRNP assembly and splicing fidelity. Significance Statement The spliceosomal RNA U6 undergoes numerous processing and post-transcriptional modification steps before incorporation into the spliceosome. Here, we identify a new U6-containing complex in fission yeast that shares components with the telomerase holoenzyme, including the 5’ phospho-methyltransferase Bmc1. This complex promotes 2’-O-methylation of U6 and influences formation of the U4/U6 di-snRNP, and cells lacking Bmc1 show splicing defects at inefficiently spliced introns at elevated temperatures. Our results reveal a novel complex of proteins and RNA that cooperate to ensure splicing fidelity.

The eukaryotic red alga Cyanidioschyzon merolae 10D is an emerging algal host for synthetic biology and metabolic engineering. Its small nuclear genome (16.5Mb; 4775 genes), low intron content (38), stable transgene expression, and capacity for homologous recombination into its nuclear genome make it ideal for genetic and metabolic engineering endeavors. Here, we present an optimized transformation and selection protocol, which yields single chloramphenicol-resistant transformants in under two weeks. Transformation dynamics and a synthetic modular plasmid toolkit are reported, including several new fluorescent reporters. Techniques for fluorescence reporter imaging and analysis at different scales are presented to facilitate high-throughput screening of C. merolae transformants. We use this plasmid toolkit to overexpress the Ipomoea batatas isoprene synthase and demonstrate the dynamics of engineered volatile isoprene production during different light regimes using multi-port headspace analysis coupled to parallel photobioreactors. This work seeks to promote C. merolae as an algal system for metabolic engineering and future sustainable biotechnological production.