Новости

Apr 28, 2023

Фотодеградация бактериального пигмента и, как следствие, выделение перекиси водорода способствуют заселению кораллов.

Научные отчеты, том 13,

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3562 (2023) Цитировать эту статью

1014 доступов

Подробности о метриках

Глобальная деградация коралловых рифов неуклонно усиливается по мере продолжающегося изменения климата. Однако расселение личинок кораллов, ключевой механизм омоложения и восстановления коралловой популяции, в значительной степени недостаточно изучено. Здесь мы показываем, как липофильный, вызывающий расселение бактериальный пигмент циклопродигиозин (CYPRO) активно собирается и впоследствии обогащается в эктодерме личинок склерактинового коралла Leptastrea purpura. Светозависимая реакция трансформирует молекулы CYPRO посредством фотолитического разложения и обеспечивает постоянный приток перекиси водорода (H2O2), что приводит к прикреплению к субстрату и метаморфозе в коралловый рекрут. Микромолярные концентрации H2O2 в морской воде также приводили к быстрому метаморфозу, но без предварительного прикрепления личинок. Мы предполагаем, что морфоген CYPRO отвечает за инициацию прикрепления и одновременно действует как молекулярный генератор для комплексного метаморфоза пелагических личинок. В конечном счете, наш подход открывает новое механистическое измерение в изучении химической передачи сигналов в заселении кораллов и обеспечивает беспрецедентное понимание роли инфохимических веществ в межцарственных взаимодействиях.

Глубокие изменения в сообществах коралловых рифов происходят все чаще и серьезнее, что часто приводит к резкому сокращению биоразнообразия и функционирования экосистем. Поскольку изменение климата продолжается, ожидается, что разрушение коралловых рифов будет ухудшаться, что будет иметь серьезные последствия для средств к существованию нескольких сотен миллионов человек1,2,3,4,5,6,7. Взрослые кораллы, в частности, оказались более уязвимыми к изменению климата, в то время как молодые кораллы, по-видимому, обладают более широкой физиологической пластичностью, отчасти из-за их большей гибкости в обмене полезными симбиотическими динофлагеллятами8,9,10. Таким образом, решение проблемы сокращения кораллов может быть найдено не в родительской популяции, а в привлечении молодых поколений кораллов, способных адаптироваться к постоянно меняющимся условиям в быстро меняющемся антропоцене. Половое размножение позволяет склерактиновым кораллам генерировать мириады пелагических личинок, которые должны поселиться на подходящих субстратах, чтобы достичь постоянной сидячей стадии жизни. Этот процесс – т.е. заселение кораллов – характеризуется прикреплением к желаемой поверхности, за которым следует быстрый метаморфизм, который превращает личинки в сидячих бентосных пополнителей. Текущие исследования уделяют больше внимания ранним стадиям жизни кораллов и подчеркивают идею индуктивных сигналов как необходимого условия для запуска каскада прикрепления и последующего метаморфоза у личинок кораллов. Эти сигналы могут иметь различную природу и включать, например, свет11,12,13, звук рифа14 и структуру поверхности15. Однако многие исследования доказали эффективность живых корковых коралловых водорослей (CCA) в качестве биологического субстрата, вызывающего заселение личинок различных видов кораллов16,17,18. Кроме того, микробные маты, покрывающие поверхность морских твердых субстратов, таких как CCA, а также моноспецифические бактериальные биопленки получили значительное внимание как мощные индукторы заселения кораллов19,20,21,22,23,24. В частности, род Pseudoalteromonas включает множество видов, способных стимулировать заселение личинок кораллов и других морских беспозвоночных19,23,25,26,27,28,29. Эти открытия значительно улучшили сегодняшнее понимание заселения кораллов, но нам все еще не хватает механистического понимания этой морфогенной реакции на молекулярном уровне. В редких случаях индуктивная активность по отношению к рекрутам кораллов объяснялась смесью химических молекул, вырабатываемых холобионтом CCA30,31,32. Изолированные соединения, вызывающие заселение кораллов, из CCA или связанных с ними микроорганизмов часто остаются плохо описанными26,33, и лишь немногие из них были полностью охарактеризованы34,35,36. На сегодняшний день в литературе описаны только два соединения, индуцирующие расселение, полученные из бактерий: тетрабромпиррол (TBP) и циклопродигиозин (CYPRO). ТБФ представляет собой бромированный вторичный метаболит, выделенный из CCA-ассоциированных Pseudoalteromonas sp. Штамм PS5, который вызвал метаморфоз (в основном без предварительного прикрепления) личинок Pacific Acropora millepora25, но полностью заселил личинок Caribbean Porites astreoides, Orbicella Franksi, A. palmata и личинок Pacific Leptastrea purpurea на разных уровнях28,37. CYPRO представляет собой красноватый алкалоидный пигмент, который был выделен вместе с другими продигининами из CCA-ассоциированной бактерии Pseudoalteromonas rubra #1783. Это вызывало полное заселение личинок L. purpurea в зависимости от света и концентрации29. Хотя ТБФ и CYPRO полностью определены химически, оба соединения не имеют дальнейших функциональных характеристик в процессе заселения кораллов, и их механизм действия остается неизвестным. Таким образом, настоящее исследование было направлено на изучение взаимодействия между сигналом расселения CYPRO и личинками кораллов и, в частности, на расшифровку возможных молекулярных особенностей, которые объясняют эффективность CYPRO. Опираясь на нашу предыдущую работу23,29,37,38,39,40, мы здесь представляем беспрецедентную визуализацию поглощения химического индуктора расселения личинками кораллов и раскрываем основной молекулярный механизм, который способствует сложной трансформации пелагических личинок в сидячих новобранцев. . В конечном счете, наше исследование дает уникальное представление о роли инфохимических веществ в репродуктивной биологии кораллов и открывает хемомеханистический элемент в изучении расселения кораллов.