複数の共生生物間の代謝の受け渡しは深層生物に利益をもたらす可能性がある

Oct 15, 2023

ISME Communications volume 3、記事番号: 48 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

バチモジオリン貝は、チオトローフ性および/またはメタノトローフ性の化学合成共生生物に栄養を依存しているが、二次的な従属栄養性共生生物がしばしば存在し、生物の適応度において未知の役割を果たしている。 地中海と大西洋のガスの浸出や沈没した木材で繁殖するバシモディオリン イダス貝には、少なくとも 6 つの共生系統が存在し、それらはしばしば同時発生します。 これらの系統には、一次共生生物である化学合成メタンおよび硫黄酸化ガンマプロテオバクテリアと、二次共生生物であるメチロファガ科、ニトリンコ科およびフラボバクテリア科が含まれますが、これらの生理学および代謝は不明瞭です。 これらの共生生物が代謝物を相互作用または交換するかどうか、またどのように代謝物を交換するかについてはほとんどわかっていません。 今回我々は、メタゲノムで組み立てられたIdas modiolaeformis共生生物のゲノムを厳選し、ゲノム中心のメタトランスクリプトミクスとメタプロテオミクスを用いて共生生物の重要な機能を評価した。 メチロファガ科の共生生物は、リブロース一リン酸およびカルビン・ベンソン・バッシャム回路酵素、特にRuBisCOをコードおよび発現するため、メチロトロース独立栄養生物である。 ニトリンコ科 ASP10-02a 共生生物は、窒素を豊富に含む高分子で代謝を促進し、ホロビオントにビタミン B12 を供給している可能性があります。 ウレキディコラ (フラボバクテリア科) の共生生物はグリカンを分解し、NO を除去する可能性があります。 私たちの発見は、これらの柔軟な関連性が、新しい代謝機能と引き継ぎを介して基質と環境ニッチの範囲を拡大できることを示しています。

化学合成による共生により、動物や一部の原生生物は、深海の熱水噴出孔や冷湧出地などの極端な環境や、海草草原などの沿岸地域の主要な生産生息地に定着することができます[1、2]。 化学合成、つまり、還元された化合物、主に還元された硫黄（硫化物、チオ硫酸塩、元素硫黄）とメタンに蓄えられたエネルギーを使用した、二酸化炭素やメタンなどの単一炭素分子の同化は、これらの共生を促進します。 化学合成による共生は通常、種レベルでの主要な栄養共生生物の多様性の低さと忠実度の高さによって特徴付けられます[3]。 それらは、垂直、水平、混合モードを含む広範囲の伝達戦略 [4] を示し、これらの関連性の忠実度だけでなく、最適な共生生物のための環境選択の強さや共生生物集団内の遺伝的多様性も決定する可能性があります [3] 、5、6、7]。 自由生活細菌集団と同様に、遺伝的多様性により共生生物の機能が広がり、ホロビオントが新しい代謝能力と環境ニッチを獲得できるようになります[8、9]。

共生生物の分類学的および機能的多様性は、特に化学合成属の Bathymodiolus 属、Gigantidas 属および Idas 属を含むバシモディオリン貝の系統間で著しく異なります [10]。 バシモジリン貝の主要な共生生物には、硫黄酸化細菌であるチオグロバセエ科 (ガンマプロテオバクテリア目 PS1、SUP05 クレードとしても知られる) とメタン酸化細菌であるメチロプロファンダス (ガンマプロテオバクテリア目メチロコッカス目) が含まれます。 Bathymodiolus Earlougheri、B. billschneideri、B. nancyschneideri などの一部のバシモディオリン貝はチオトローフ共生生物の単一種集団を宿主としています [11]。一方、Gigantidas childressi と G. platifrons は主にメタン酸化細菌を宿主としています [12,13,14]。 両方をホストする人もいます [15]。 バシモジオリン共生では、共生生物の多様性が失われたり増加したりする極端なケースもあります。 たとえば、深海の小さなバシモジリン貝 Idas argenteus には共生生物が欠けているようで、過去に獲得され、最近失われた可能性があります [16]。 メキシコ湾深部に生息する B. heckerae などの他の生物は、異なる機能を持つ共生生物のいくつかの分類群を保有しています。2 種のメタン酸化共生生物と 2 種類の硫黄酸化共生生物とは別に、B. heckerae には追加の細菌共生生物がいます。メチロファガ科種を含む。 メチロトローフ、および短鎖アルカンを異化する Cycloclasticus [17、18、19]。