Контекст сообщества и pCO2 влияют на транскриптом бактерии-помощника Alteromonas совместно.

Apr 10, 2023

ISME Communications, том 2, номер статьи: 113 (2022 г.) Цитировать эту статью

966 Доступов

6 Альтметрика

Подробности о метриках

Многие микробные фотоавтотрофы зависят от гетеротрофных бактерий для выполнения основных функций. Однако изменения окружающей среды могут изменить или устранить такие взаимодействия. Мы исследовали влияние изменения pCO2 на транскрипцию генов в совместных культурах трех штаммов пикоцианобактерий (штаммы Synechococcus CC9311 и WH8102 и штамм Prochromococcus MIT9312) в паре с бактерией-помощником Alteromonas macleodii EZ55. Совместное культивирование с цианобактериями привело к гораздо большему количеству генов с повышающей и понижающей регуляцией в EZ55, чем сам по себе pCO2. Анализ путей выявил существенно различную транскрипцию генов, участвующих в углеводном обмене, реакции на стресс и хемотаксисе, с разными паттернами повышения или понижения регуляции при совместном культивировании с разными штаммами цианобактерий. Паттерны транскрипции генов органических и неорганических переносчиков питательных веществ и генов катаболизма в EZ55 позволяют предположить, что ресурсы, доступные в культуральной среде, изменяются в условиях повышенного (800 ppm) pCO2. В целом, изменение паттернов транскрипции согласуется с возможностью того, что состав выделений цианобактерий изменился при двух режимах pCO2, вызывая обширные экофизиологические изменения у обоих членов совместных культур. Кроме того, значительное подавление генов окислительного стресса в совместных культурах MIT9312/EZ55 при 800 ppm pCO2 согласовывалось со связью между прогнозируемым снижением доступности фотореспираторных побочных продуктов (т.е. гликолата/2PG) в этих условиях и наблюдаемым снижением внутренней окислительной стрессовой нагрузки для EZ55. , что дает возможное объяснение ранее наблюдаемому отсутствию «помощи», оказанной EZ55 MIT9312 при повышенном pCO2. Если аналогичные широкие изменения в микробной экофизиологии произойдут в океане по мере увеличения атмосферного pCO2, они могут привести к существенному изменению функционирования экосистем и состава сообществ.

Содержание углекислого газа в атмосфере Земли (pCO2), обусловленное главным образом антропогенной деятельностью, увеличивается беспрецедентными в истории темпами [1]. Одним из последствий этого изменения является закисление океана, вызванное поглощением CO2 морской водой [2]. На скорость этих изменений влияет морской фитопланктон, на долю которого приходится примерно половина глобальной первичной продуктивности [3, 4]. Фитопланктон, в свою очередь, метаболически связан с бактериопланктоном посредством выделения растворенного органического вещества (РОВ), которое реминерализируется посредством аэробного дыхания, создавая внутренний углеродный цикл, известный как микробная петля [5]. Относительные скорости фиксации и выделения углерода, а также экспорт углерода в отложения или на более высокие трофические уровни влияют на общий темп изменения pCO2 [6]. В результате значительные усилия были направлены на понимание того, как изменение pCO2 повлияет на динамику роста фитопланктона [7, 8].

Пикоцианобактерии Prochromococcus и Synechococcus являются двумя наиболее распространенными родами фитопланктона в открытом океане и, таким образом, являются важными компонентами морского углеродного цикла [9]. Модели изменения климата, учитывающие только повышение температуры и освещенности, предсказывают значительное увеличение числа клеток для обоих таксонов к 2100 году [9]. Однако в экспериментах на культуре эти два рода по-разному реагировали на будущие pCO2 и температуру [10], при этом Prochromococcus демонстрировал существенное снижение темпов роста при прогнозируемом pCO2 в 2100 году (800 частей на миллион) [11]. Модели, учитывающие реакцию фитопланктона как на температуру, так и на pCO2, предполагают, что Proхлорококк будет вытеснен Synechococcus во всем своем ареале [12] с потенциально серьезными последствиями для океанического круговорота углерода.

Интересно, что нарушение роста прохлорококка при высоком pCO2 частично было вызвано транскрипционными изменениями в «помощнике» бактерии Alteromonas macleodii EZ55, с которой он совместно культивировался в этих экспериментах [7]. Предыдущие эксперименты показали, что культуры прохлорококков зависят от бактерий-помощников, таких как EZ55, чтобы переносить H2O2, обнаруженный в культуральной среде [13, 14]. Однако EZ55 подавлял активность фермента каталазы, удаляющего H2O2, при 800 ppm pCO2, эффективно лишая помощи прохлорококка и приводя к снижению темпов роста и повышению смертности [7].