Новости

Jan 04, 2024

Кандидат-переносчик, позволяющий симбиотическим динофлагеллятам кормить своих коралловых хозяев.

ISME Communications, том 3,

ISME Communications, том 3, номер статьи: 7 (2023 г.) Цитировать эту статью

2293 Доступа

24 Альтметрика

Подробности о метриках

Симбиотическое партнерство между кораллами и динофлагеллятными водорослями имеет решающее значение для коралловых рифов. Кораллы обеспечивают своим водорослевым симбионтам убежище, углекислый газ и азот. Взамен симбиотические водоросли снабжают своих животных-хозяев фиксированным углеродом в форме глюкозы. Но как глюкоза передается от водорослевого симбионта к животному-хозяину, неизвестно. Мы пришли к выводу, что транспортер, находящийся в клеточной мембране динофлагеллят, будет способствовать переносу глюкозы наружу в окружающую ткань животного-хозяина. Мы идентифицировали потенциального переносчика у книдарий-симбионта динофлагелляты Breviolum minutum, который принадлежит к повсеместному семейству вспомогательных унипортеров сахара, известных как SWEET (сахара в конечном итоге станут экспортируемыми переносчиками). Предыдущие анализы экспрессии генов показали, что BmSWEET1 активируется, когда водоросли живут в симбиозе с книдарийным хозяином, по сравнению со свободноживущим состоянием [1, 2]. Мы использовали иммунофлуоресцентную микроскопию для локализации BmSWEET1 в клеточной мембране динофлагеллят. Анализы предпочтения субстратов в дрожжевой суррогатной транспортной системе показали, что BmSWEET1 транспортирует глюкозу. Количественная микроскопия показала, что симбиотические клетки B. minutum содержат значительно больше белка BmSWEET1, чем свободноживущие клетки того же штамма, что соответствует экспорту во время симбиоза, но не во время свободноживущей планктонной фазы. Таким образом, BmSWEET1 находится в нужном месте, в нужное время и имеет правильный субстрат, который станет транспортером, с помощью которого симбиотические динофлагеллятные водоросли кормят своих животных-хозяев для питания коралловых рифов.

Симбиоз — это мощная эволюционная стратегия, которая объединяет наборы навыков отдельных видов для решения задач экологического отбора в качестве консорциума. В случае с коралловыми рифами партнерство обеспечивает обильный рост в бедных питательными веществами водах, которые в противном случае поддерживали бы очень мало биомассы [3]. Симбиозы коралловых рифов чрезвычайно успешны. Хотя рифы занимают лишь 0,1% морской среды, они поддерживают более 33% морского разнообразия [4].

Симбиотические водоросли кораллов используют CO2 и энергию света для производства сахаров посредством фотосинтеза. Сахар подается кораллам, и этот симбиотический «перенос валюты» [5] лежит в основе способности большинства кораллов откладывать карбонат кальция и, таким образом, строить рифы [3]. В свою очередь, коралл-хозяин обеспечивает своим водорослевым симбионтам убежище, CO2 и драгоценный азот. Передача фотосинтетически закрепленного углерода от симбионта к хозяину была продемонстрирована более 60 лет назад Мускатином и Хэндом [6], а симбионты обеспечивают до 90% энергии, используемой кораллом [3]. Ранние работы, в которых использовались симбионты, удаленные от хозяина, показали, что основным экспортным товаром является глицерин [7]. Однако недавние исследования с использованием интактных партнерств показывают, что глюкоза является основным экспортным продуктом, и предполагают, что высвобождение глицерина симбионтами является либо артефактом, вызванным их изоляцией от хозяина [8,9,10], либо, возможно, транспортируется в вакуоль симбиосомы в виде осмолита [8,9,10]. 11]. Таким образом, мы знаем, какая форма фотосинтата переносится и в каком объеме происходит перенос, но мы практически ничего не знаем о том, как происходит перенос.

Переносимый фотосинтат должен пересечь как минимум две мембраны: мембрану клетки водоросли; и так называемая симбиосома, вакуольподобная мембрана, создаваемая во время фагоцитотического поглощения симбионта хозяином [12]. Учитывая, что глюкоза непроницаема для мембран, вероятно, в одной или обеих мембранах имеются транспортеры, перемещающие глюкозу наружу. Мы предполагаем, что по крайней мере один транспортер будет находиться в клеточной мембране симбионта и будет преимущественно активен у госпиталя. Для идентификации переносчика(ов) мы ранее сравнивали экспрессию генов в свободноживущих и симбиотических клетках Breviolum minutum [1], динофлагеллятного симбионта кораллов и анемонов [13]. Несколько транспортеров показали повышенную экспрессию в госпитале [1], а один, который мы называем BmSWEET1, дополнительно охарактеризован здесь.