Новости

Apr 21, 2023

Запасы липидов показывают состояние коралла

ISME Communications, том 3,

ISME Communications, том 3, номер статьи: 29 (2023 г.) Цитировать эту статью

1247 доступов

9 Альтметрика

Подробности о метриках

Коралловым рифам во всем мире угрожает экологический стресс. Заметное сокращение кораллового покрова происходит главным образом из-за усиливающегося разрушения кораллового симбиоза, процесса, известного как «отбеливание». Перепроизводство активных форм кислорода (АФК) считается ключевым фактором обесцвечивания кораллов, когда стресс окружающей среды приводит к увеличению экспрессии АФК. Чтобы изучить связь между повреждением АФК и статусом симбионта, мы измерили перекисное окисление липидов (ПОЛ), повсеместную форму повреждения АФК, в липидных запасах отдельных эндо- и экс-симбиотических клеток водорослей трех видов кораллов, используя конфокальную микроскопию и флуоресцентный краситель, чувствительный к гидроперекиси липидов. Мы обнаружили, что ПОЛ выше у эндосимбионтов, тогда как объем липидов больше в экс-симбиотических клетках. Кластерный анализ выявил три метаболических профиля, различающих эндосимбиотические (№1: высокое ПОЛ, низкое содержание липидов) и экс-симбиотические клетки (№3: низкое ПОЛ, высокое содержание липидов), при этом промежуточная группа (№2) содержит оба типа клеток. Тепловой стресс заставил эндосимбионтов Pocillopora acuta отойти от кластера №1, что позволяет предположить, что этот кластер представляет собой клетки в здоровом/стабильном симбиозе. Наше исследование предоставляет новый способ оценки кораллового симбиоза, демонстрируя, что соотношение ПОЛ симбионта в сочетании с объемом липидных запасов является надежным метаболическим маркером состояния симбиоза на клеточном уровне.

Склерактиновые кораллы составляют основу коралловых рифов и своим экологическим успехом обязаны взаимодействию с одноклеточными симбиотическими водорослями [1], принадлежащими к семейству Symbiodiniaceae [2]. Внутриклеточные взаимоотношения между водорослью и ее хозяином позволили кораллам процветать в бедных питательными веществами водах тропиков на протяжении более 200 миллионов лет [3]. В симбиозе книдарий-хозяин обеспечивает водоросль пониженным содержанием азота и других питательных веществ, полученных в результате ее гетеротрофного образа жизни, в то время как водорослевый симбионт поддерживает метаболизм хозяев, предоставляя углерод, образующийся фотосинтетически [4,5,6]. Из-за сложности этих взаимоотношений и до недавнего времени [7] невозможности проводить эксперименты in vitro на отдельных функциональных симбиотических единицах (т.е. интактной клетке-хозяине с эндосимбионтами), наши знания о фундаментальных клеточных механизмах, поддерживающих симбиотические взаимодействия, в том числе механизмы, лежащие в основе избирательного изгнания водорослевых симбионтов (инициируемого хозяином или симбионтом) из ткани хозяина [1, 8], все еще отсутствуют.

В рамках механизма регулирования затрат и выгод [9] кораллы контролируют плотность симбионтов в тканях, ограничивая скорость их роста, возможно, за счет ограничения азота [10], а также переваривая или удаляя излишки симбионтных клеток по мере их роста и деления [10]. 1, 11]. Однако изгнание симбионтов может также происходить в ответ на неблагоприятные условия, вызывающие метаболическую нестабильность внутри симбионта, хозяина или обоих партнеров. Это очевидно из множества возмущений окружающей среды, которые увеличивают скорость изгнания, включая низкие [12] или высокие температуры и/или сильный свет [13,14,15], темноту [16], повышенную доступность растворенного органического углерода, такого как как глюкоза [17], ограничение фосфатов [18] и снижение солености [19]. Чрезмерная потеря симбионтов и их фотосинтетического пигмента из ткани коралла (процесс, известный как «отбеливание»), часто фатальна для коралла, поскольку он не может поддерживать свой метаболизм, не получая энергии, вырабатываемой симбиотическими водорослями. В последние десятилетия обесцвечивание, вызванное высокой температурой, стало основной причиной ухудшения здоровья и распространения рифов по всему миру [20]. Несмотря на установленные знания о факторах окружающей среды, которые инициируют обесцвечивание, мало что известно о клеточном триггере ухудшения кораллового симбиоза, а также о том, у какого партнера этот триггер возникает.