Новый подход раскрывает симбиотическую систему глубоководного черного коралла
Исследовательская группа совершила значительный прорыв в понимании адаптивных стратегий глубоководного черного коралла Bathypathes pseudoalternata (B. pseudoalternata) и его симбиотического микробиома. Исследование опубликовано в журнале Cell Host & Microbe.
Работу возглавил профессор Цянь Пэйюань, заведующий кафедрой океанологии Гонконгского университета науки и технологий (HKUST), в сотрудничестве с Южной морской научно-инженерной лабораторией Гуандуна (Гуанчжоу) и Желтоморским научно-исследовательским институтом рыбного хозяйства Китайской академии рыбных наук (CAFS).
Исследование представляет первый всесторонний гологеномный анализ B. pseudoalternata, раскрывая, как этот глубоководный коралл выживает в экстремальных условиях благодаря:
Нутриентной комплементарности
Метаболическому сотрудничеству
Защите от окислительного стресса
Противовирусной защите
Результаты вводят новую концептуальную модель, в которой глубоководные кораллы поддерживают упрощенную, эффективную и функционально дополняющую симбиотическую систему. Это служит ценным ориентиром для поиска функциональных генетических ресурсов в глубоководных экосистемах.
Чтобы понять, как глубоководные кораллы поддерживают высокоупрощенный, но эффективный симбиотический консорциум, команда разработала интегрированную аналитическую платформу, включающую:
- Геномику хозяина
- Профилирование микробного сообщества
- Геномы симбионтов
- Пространственную локализацию
- Транскрипционную активность
Этот многоуровневый подход позволил системно интерпретировать симбиотическую стабильность, пищевую кооперацию и иммунную регуляцию у B. pseudoalternata.
Ключевые результаты
Геном коралла:
- Успешно собран высококачественный геном на уровне хромосом (16 хромосом).
- Анализ экспансии генов выявил обогащение путями, связанными с поглощением питательных веществ, эндоцитозом, функцией лизосом и иммунными ответами. Это подчеркивает стратегию коралла по усилению поглощения и клеточного переваривания в бедной питательными веществами глубоководной среде.
- В геноме отсутствуют полные пути биосинтеза нескольких аминокислот и витаминов, что указывает на генетическую зависимость коралла от симбиотических микробов для получения необходимых метаболитов.
Микробиом:
- Анализ образцов из разных глубин и регионов западной части Тихого океана показал, что B. pseudoalternata обладает стабильным и высоко упрощенным микробиомом, отличным от окружающей среды. Это говорит о сильном отборе хозяином функционально важных симбионтов.
- Ядро симбионтов коллективно поддерживает выживание коралла в экстремальных условиях.
Функции симбионтов:
- Аммоний-окисляющие археи: Обладают способностью к фиксации углерода и путями окисления аммиака, что способствует детоксикации и синтезу аминокислот и витаминов для хозяина.
- Новый вид альфапротеобактерий: Поставляет гем, липоевую кислоту, глутатион и жирные кислоты, питая хозяина.
- Два вида Oceanoplasmataceae с сильно редуцированными геномами: Кодируют системы CRISPR/Cas и рестрикции-модификации, формируя противовирусный защитный барьер для коралла.
Вместе эти симбионты обеспечивают хозяина питательными веществами, детоксикацией, биосинтезом необходимых метаболитов, защитой от окислительного стресса и противовирусной защитой.
«Наше исследование подчеркивает удивительную адаптивность глубоководных кораллов и важность их симбиотических отношений с микробиомом в экстремальных условиях», — заключил профессор Цянь.