Метаболическая передача управления между несколькими симбионтами может принести пользу глубинным

Oct 15, 2023

ISME Communications, том 3, номер статьи: 48 (2023 г.) Цитировать эту статью

640 Доступов

7 Альтметрика

Подробности о метриках

Батимодиолиновые мидии питаются тиотрофными и/или метанотрофными хемосинтетическими симбионтами, однако вторичные гетеротрофные симбионты часто присутствуют и играют неизвестную роль в приспособленности организма. Батимодиолиновые мидии Idas, которые процветают в газовых выходах и на затонувшей древесине в Средиземном море и Атлантическом океане, содержат по меньшей мере шесть симбионтных линий, которые часто встречаются одновременно. Эти линии включают первичных симбионтов, хемосинтетических метан- и сероокисляющих гаммапротеобактерий, а также вторичных симбионтов, Mmethylophagaceae, Nitrincolaceae и Flavobacteriaceae, физиология и метаболизм которых неясны. Мало что известно о том, взаимодействуют ли и как эти симбионты или обмениваются метаболитами. Здесь мы курировали собранные в метагеноме геномы симбионтов Idas modiolaeformis и использовали геномно-центрированную метатранскриптомику и метапротеомику для оценки ключевых функций симбионта. Симбионт Mmethylophagaceae является метилотрофным автотрофом, поскольку он кодирует и экспрессирует рибулозомонофосфат и ферменты цикла Кальвина-Бенсона-Басшама, в частности RuBisCO. Симбионт Nitrincolaceae ASP10-02a, вероятно, подпитывает свой метаболизм макромолекулами, богатыми азотом, и может обеспечивать холобионта витамином B12. Симбионты Urechidicola (Flavobacteriaceae), вероятно, разлагают гликаны и могут удалять NO. Наши результаты показывают, что эти гибкие ассоциации позволяют расширять диапазон субстратов и экологических ниш за счет новых метаболических функций и передач управления.

Хемосинтетические симбиозы позволяют животным и некоторым протистам колонизировать экстремальные среды, включая гидротермальные источники и холодные выходы в глубоком море, а также ключевые продуктивные места обитания в прибрежных районах, такие как луга с водорослями [1, 2]. Подпиткой этих симбиозов является хемосинтез, то есть ассимиляция одноуглеродных молекул, таких как углекислый газ и метан, с использованием энергии, запасенной в восстановленных соединениях, прежде всего восстановленной серы (сульфид, тиосульфат, элементарная сера) и метана. Хемосинтетические симбиозы обычно характеризуются низким разнообразием и высокой точностью ключевых пищевых симбионтов на видовом уровне [3]. Они демонстрируют широкий спектр стратегий передачи, включая вертикальные, горизонтальные и смешанные способы [4], которые могут определять верность этих ассоциаций, а также силу экологического отбора наиболее приспособленных симбионтов и генетическое разнообразие в популяциях симбионтов [3]. , 5,6,7]. Как и в популяциях свободноживущих бактерий, генетическое разнообразие расширяет функции симбионтов, позволяя холобионту приобретать новые метаболические возможности и экологические ниши [8, 9].

Таксономическое и функциональное разнообразие симбионтов заметно различается между линиями батимодиолиновых мидий, которые включают, среди прочего, хемосинтезирующие роды Bathymodiolus, Gigantidas и Idas [10]. Ключевые симбионты батимодиолиновых мидий включают сероокисляющие Thioglobaceae (гаммапротеобактерии порядка PS1, также известные как клада SUP05) и метанокисляющие бактерии Mmethyloprofundus (гаммапротеобактерии порядка Mmethylococcales). Некоторые батимодиолиновые мидии, такие как Bathymodiolus Earlougheri, B. billschneideri и B. nancyschneideri, содержат одновидовые популяции тиотрофных симбионтов [11], тогда как Gigantidas childressi и G. platifrons являются хозяевами преимущественно метанокисляющих бактерий [12,13,14]. В других есть и то, и другое [15]. Существуют также крайние случаи потери и увеличения разнообразия симбионтов в батимодиолиновых симбиозах. Например, у небольшой глубоководной батимодиолиновой мидии Idas argenteus, по-видимому, отсутствуют симбионты, которые могли быть приобретены в прошлом и недавно потеряны [16]. Другие, такие как B. heckerae из глубокой части Мексиканского залива, содержат несколько таксонов симбионтов с различными функциями: помимо двух видов симбионтов, окисляющих метан, и двух видов симбионтов, окисляющих серу, у B. heckerae есть дополнительные бактериальные симбионты, включая Mmethylophagaceae sp. метилотрофы, а также Cycloclasticus, катаболизирующие короткоцепочечные алканы [17,18,19].