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Aug 07, 2023

Un candidato trasportatore che consente ai dinoflagellati simbiotici di nutrire i loro coralli ospiti

ISME Communications volume 3,

Comunicazioni ISME volume 3, articolo numero: 7 (2023) Citare questo articolo

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La partnership simbiotica tra coralli e alghe dinoflagellate è fondamentale per le barriere coralline. I coralli forniscono ai loro simbionti algali riparo, anidride carbonica e azoto. In cambio, le alghe simbiotiche forniscono ai loro ospiti animali carbonio fisso sotto forma di glucosio. Ma non è noto come il glucosio venga trasferito dall’algale simbionte all’animale ospite. Abbiamo pensato che un trasportatore residente nella membrana cellulare del dinoflagellato avrebbe facilitato il trasferimento verso l'esterno del glucosio al tessuto animale ospite circostante. Abbiamo identificato un candidato trasportatore nel dinoflagellato simbionte cnidario Breviolum minutum che appartiene alla famiglia onnipresente degli uniportatori facilitativi dello zucchero noti come SWEET (gli zuccheri alla fine saranno trasportatori esportati). Precedenti analisi di espressione genica avevano dimostrato che BmSWEET1 è sovraregolato quando le alghe vivono in simbiosi in un ospite cnidario rispetto allo stato di vita libera [1, 2]. Abbiamo utilizzato la microscopia a immunofluorescenza per localizzare BmSWEET1 nella membrana cellulare dinoflagellata. I test di preferenza del substrato in un sistema di trasporto surrogato del lievito hanno mostrato che BmSWEET1 trasporta il glucosio. La microscopia quantitativa ha mostrato che le cellule simbiotiche di B. minutum hanno significativamente più proteine ​​BmSWEET1 rispetto alle cellule a vita libera dello stesso ceppo, in linea con l'esportazione durante la simbiosi ma non durante la fase planctonica a vita libera. Pertanto, BmSWEET1 è nel posto giusto, al momento giusto, e ha il substrato giusto per essere il trasportatore con cui le alghe dinoflagellate simbiotiche nutrono i loro ospiti animali per alimentare le barriere coralline.

La simbiosi è una potente strategia evolutiva che combina le competenze di specie separate per affrontare le sfide della selezione ambientale come un consorzio. Nel caso delle barriere coralline la partnership consente una crescita abbondante in acque povere di nutrienti che altrimenti sosterrebbero pochissima biomassa [3]. Le simbiosi della barriera corallina hanno un notevole successo. Sebbene le barriere coralline occupino solo lo 0,1% dell’ambiente marino, supportano oltre il 33% della diversità marina [4].

Le alghe simbiotiche nei coralli utilizzano CO2 ed energia luminosa per produrre zuccheri mediante la fotosintesi. Lo zucchero viene somministrato al corallo e questo "trasferimento di valuta" simbiotico [5] è alla base della capacità della maggior parte dei coralli di depositare carbonato di calcio e quindi costruire una barriera corallina [3]. A sua volta, il corallo ospite fornisce alle sue alghe simbionti riparo, CO2 e prezioso azoto. Il trasferimento del carbonio fissato fotosinteticamente dal simbionte all'ospite è stato dimostrato più di 60 anni fa da Muscatine e Hand [6], e i simbionti forniscono fino al 90% dell'energia utilizzata da un corallo [3]. I primi lavori, che utilizzavano simbionti rimossi dall'ospite, indicavano che il glicerolo era la principale esportazione [7]. Tuttavia, studi recenti che utilizzano partnership intatte mostrano che il glucosio è la principale esportazione e suggeriscono che il rilascio di glicerolo da parte dei simbionti è un artefatto indotto dall'isolamento dal loro ospite [8,9,10], o forse trasportato nel vacuolo del simbiosoma come osmolita [ 11]. Pertanto, sappiamo quale forma di fotosintato viene trasferita e quanto avviene il trasferimento, ma essenzialmente non sappiamo nulla su come avviene il trasferimento.

Il fotosintato trasferito deve attraversare almeno due membrane: la membrana cellulare algale; e il cosiddetto simbiosoma, una membrana simile a un vacuolo creata durante l'assorbimento fagocitotico di un simbionte da parte di un ospite [12]. Dato che il glucosio è impermeabile alla membrana, probabilmente ci sono trasportatori in una o entrambe le membrane per spostare il glucosio verso l'esterno. Ipotizziamo che almeno un trasportatore sarà nella membrana cellulare simbionte e sarà prevalentemente attivo nell'ospite. Per identificare i trasportatori, abbiamo precedentemente confrontato l'espressione genica nelle cellule a vita libera e simbiotiche di Breviolum minutum [1], un simbionte dinoflagellato di coralli e anemoni [13]. Diversi trasportatori hanno mostrato un'espressione intensificata in hospite [1] e uno, che chiamiamo BmSWEET1, è ulteriormente caratterizzato qui.