Contexto comunitário e pCO2 impactam o transcriptoma da bactéria “helper” Alteromonas em co

May 12, 2023

ISME Communications volume 2, Número do artigo: 113 (2022) Citar este artigo

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Muitos fotoautotróficos microbianos dependem de bactérias heterotróficas para realizar funções essenciais. Mudanças ambientais, no entanto, podem alterar ou eliminar tais interações. Nós investigamos os efeitos da mudança de pCO2 na transcrição gênica em co-culturas de 3 cepas de picocianobactérias (cepas Synechococcus CC9311 e WH8102 e cepa Prochlorococcus MIT9312) emparelhadas com a bactéria 'helper' Alteromonas macleodii EZ55. A co-cultura com cianobactérias resultou em um número muito maior de genes regulados para cima e para baixo em EZ55 do que pCO2 por si só. A análise do caminho revelou transcrição significativamente diferente de genes envolvidos no metabolismo de carboidratos, resposta ao estresse e quimiotaxia, com diferentes padrões de regulação positiva ou negativa em co-cultura com diferentes cepas de cianobactérias. Padrões de transcrição de genes de transportadores de nutrientes orgânicos e inorgânicos e genes de catabolismo em EZ55 sugeriram que os recursos disponíveis no meio de cultura foram alterados sob condições elevadas (800 ppm) de pCO2. Ao todo, a mudança nos padrões de transcrição foi consistente com a possibilidade de que a composição das excreções de cianobactérias mudou sob os dois regimes de pCO2, causando extensas mudanças ecofisiológicas em ambos os membros das co-culturas. Além disso, a regulação negativa significativa de genes de estresse oxidativo em coculturas MIT9312/EZ55 a 800 ppm pCO2 foi consistente com uma ligação entre a disponibilidade reduzida prevista de subprodutos fotorrespiratórios (ou seja, glicolato/2PG) sob esta condição e reduções observadas nas cargas de estresse oxidativo interno para EZ55 , fornecendo uma possível explicação para a falta de "ajuda" observada anteriormente fornecida por EZ55 para MIT9312 sob pCO2 elevado. Se alterações amplas semelhantes na ecofisiologia microbiana ocorrerem no oceano à medida que o pCO2 atmosférico aumenta, elas podem levar a alterações substanciais no funcionamento do ecossistema e na composição da comunidade.

Impulsionado em grande parte por atividades antropogênicas, o teor de dióxido de carbono da atmosfera da Terra (pCO2) está aumentando a uma taxa sem precedentes na história [1]. Um impacto dessa mudança é a acidificação dos oceanos causada pela absorção de CO2 pela água do mar [2]. As taxas dessas mudanças são influenciadas pelo fitoplâncton marinho, que é responsável por cerca de metade da produtividade primária global [3, 4]. O fitoplâncton, por sua vez, está metabolicamente interconectado com o bacterioplâncton por meio da liberação de matéria orgânica dissolvida (DOM), que é remineralizada por meio da respiração aeróbica, criando um ciclo interno de carbono conhecido como loop microbiano [5]. As taxas relativas de fixação e liberação de carbono, bem como a exportação de carbono para sedimentos ou níveis tróficos superiores, influenciam o ritmo geral da mudança de pCO2 [6]. Como resultado, um esforço substancial tem sido direcionado para entender como a mudança de pCO2 afetará a dinâmica de crescimento do fitoplâncton [7, 8].

As picocianobactérias Prochlorococcus e Synechococcus são os dois gêneros de fitoplâncton mais abundantes no oceano aberto e são, portanto, componentes importantes do ciclo do carbono marinho. Os modelos de mudança climática considerando apenas o aumento da temperatura e da luz previram aumentos significativos no número de células para ambos os táxons até o ano 2100 [9]. No entanto, os dois gêneros responderam de forma diferente em experimentos baseados em cultura para o futuro pCO2 e temperatura [10], com Prochlorococcus mostrando taxas de crescimento substancialmente reduzidas sob o ano projetado de 2100 pCO2 (800 ppm) [11]. Modelos que incorporam a resposta do fitoplâncton à temperatura e ao pCO2 sugeriram que o Prochlorococcus seria superado em toda a sua distribuição pelo Synechococcus [12] com impactos potencialmente dramáticos no ciclo do carbono oceânico.

Curiosamente, o comprometimento do crescimento do Prochlorococcus em pCO2 alto foi parcialmente causado por alterações na transcrição da bactéria "auxiliar" Alteromonas macleodii EZ55 com a qual foi co-cultivado nesses experimentos [7]. Experimentos anteriores mostraram que as culturas de Prochlorococcus dependiam de bactérias auxiliares como EZ55 para tolerar o H2O2 encontrado no meio de cultura [13, 14]. No entanto, EZ55 regulou negativamente a enzima catalase de remoção de H2O2 em 800 ppm pCO2, efetivamente retendo a ajuda de Prochlorococcus e levando a taxas de crescimento reduzidas e mortalidade elevada [7].