I trasferimenti metabolici tra più simbionti possono portare benefici nel profondo

Oct 15, 2023

Comunicazioni ISME volume 3, articolo numero: 48 (2023) Citare questo articolo

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Le cozze batimodioline si affidano a simbionti chemiosintetici tiotrofici e/o metanotrofici per la nutrizione, tuttavia, i simbionti eterotrofi secondari sono spesso presenti e svolgono un ruolo sconosciuto nell'idoneità dell'organismo. Le cozze batimodioline Idas che prosperano nelle infiltrazioni di gas e sul legno affondato nel Mar Mediterraneo e nell'Oceano Atlantico, ospitano almeno sei lignaggi simbionti che spesso coesistono. Questi lignaggi includono i simbionti primari chemiosintetici gammaproteobatteri ossidanti metano e zolfo, e i simbionti secondari, Methylophagaceae, Nitrincolaceae e Flavobacteriaceae, la cui fisiologia e metabolismo sono oscuri. Poco si sa se e come questi simbionti interagiscono o si scambiano metaboliti. Qui abbiamo curato i genomi assemblati sul metagenoma dei simbionti Idas modiolaeformis e utilizzato la metatrascrittomica e la metaproteomica centrate sul genoma per valutare le funzioni chiave dei simbionti. Il simbionte Methylophagaceae è un autotrofo metilotrofico, poiché codifica ed esprime il ribulosio monofosfato e gli enzimi del ciclo Calvin-Benson-Bassham, in particolare RuBisCO. Il simbionte Nitrincolaceae ASP10-02a probabilmente alimenta il suo metabolismo con macromolecole ricche di azoto e può fornire all'olobionte vitamina B12. I simbionti Urechidicola (Flavobacteriaceae) probabilmente degradano i glicani e possono rimuovere NO. I nostri risultati indicano che queste associazioni flessibili consentono di espandere la gamma di substrati e nicchie ambientali, attraverso nuove funzioni metaboliche e trasferimenti.

Le simbiosi chemiosintetiche consentono agli animali e ad alcuni protisti di colonizzare ambienti estremi, tra cui sorgenti idrotermali e infiltrazioni fredde nel mare profondo, nonché habitat produttivi chiave nelle aree costiere, come le praterie di fanerogame marine [1, 2]. La chemiosintesi, cioè l’assimilazione di molecole a carbonio singolo, come l’anidride carbonica e il metano, utilizzando l’energia immagazzinata in composti ridotti, principalmente zolfo ridotto (solfuro, tiosolfato, zolfo elementare) e metano, alimenta queste simbiosi. Le simbiosi chemiosintetiche sono solitamente caratterizzate da una bassa diversità e da un'alta fedeltà dei simbionti nutrizionali chiave a livello di specie [3]. Presentano un'ampia gamma di strategie di trasmissione, comprese le modalità verticale, orizzontale e mista [4], che possono determinare la fedeltà di queste associazioni, nonché la forza della selezione ambientale per i simbionti più adatti e la diversità genetica all'interno delle popolazioni simbionti [3 , 5,6,7]. Come nelle popolazioni batteriche a vita libera, la diversità genetica amplia le funzioni dei simbionti, consentendo all’olobionte di acquisire nuove capacità metaboliche e nicchie ambientali [8, 9].

La diversità tassonomica e funzionale dei simbionti varia notevolmente tra i lignaggi delle cozze batimodioline, che includono, tra gli altri, i generi chemiosintetici Bathymodiolus, Gigantidas e Idas [10]. I principali simbionti delle cozze batimodioline includono le Thioglobaceae ossidanti lo zolfo (ordine gammaproteobatterico PS1, noto anche come clade SUP05) e i batteri metanoossidanti Methyloprofundus (ordine gammaproteobatterico Methylococcales). Alcuni mitili batimodiolini, come Bathymodiolus earlougheri, B. billschneideri e B. nancyschneideri ospitano popolazioni di singole specie di simbionti tiotrofici [11], mentre Gigantidas childressi e G. platifrons ospitano principalmente batteri metano-ossidanti [12,13,14]. Altri li ospitano entrambi [15]. Ci sono anche casi estremi di perdita di diversità simbionte e guadagno in simbiosi batimodioliniche. Ad esempio, una piccola cozza batimodiolina di acque profonde, Idas argenteus, sembra priva di simbionti, che potrebbero essere stati acquisiti in passato e recentemente persi [16]. Altri, come B. heckerae, dal profondo Golfo del Messico, ospitano diversi taxa di simbionti con funzioni distinte: oltre a due specie di simbionti che ossidano il metano e due specie di simbionti che ossidano lo zolfo, B. heckerae ha ulteriori simbionti batterici, comprese le Methylophagaceae sp. metilotrofi, così come Cycloclasticus che catabolizzano gli alcani a catena corta [17,18,19].