Блог

Jun 12, 2023

Сравнительное исследование показывает относительную важность прокариотических и эукариотических родопсинов протонной помпы в субтропическом окраинном море.

ISME Communications, том 3, номер статьи: 79 (2023 г.) Цитировать эту статью 262 Доступ 4 Подробности Altmetric Metrics Родопсин протонного насоса (PPR) в морских микробах может преобразовывать солнечную энергию в

ISME Communications, том 3, номер статьи: 79 (2023 г.) Цитировать эту статью

262 доступа

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Родопсин протонной помпы (PPR) у морских микробов может преобразовывать солнечную энергию в биодоступную химическую энергию. В то время как бактериальная ЧМЖ широко изучена, ее аналоги у микроэукариот изучены меньше, и относительная важность этих двух групп плохо изучена. Здесь мы секвенировали метатранскриптомы всего комплекса и исследовали разнообразие и динамику экспрессии PPR у микробных эукариот и прокариот на континентальном шельфе и склоне в северной части Южно-Китайского моря. Данные показали, что во всем пуле транскриптов PPR преобладали протеородопсины и ксантородопсины, за которыми следовали бактериородопсин-подобные белки, вклад которых в основном вносили прокариоты как по количеству, так и по уровню экспрессии унигенов PPR, хотя на станции континентального склона микроэукариоты и прокариоты вносили одинаковый вклад в транскрипты. избыток. Более того, эукариотические PPR в основном вносят динофлагелляты и демонстрируют значительную корреляцию с концентрациями питательных веществ. Поглощающие зеленый свет PPR в основном были распространены в организмах размером более 3 мкм (включая микроэукариоты и связанные с ними бактерии), особенно в поверхностном слое на шельфовой станции, тогда как PPR, поглощающие синий свет, доминировали в сообществах размером менее 3 мкм (в основном бактериальных) в обоих исследованиях. участках, особенно в более глубоких слоях на склоновой станции. Наше исследование описывает сравнительный генотип ЧМЖ и ландшафт экспрессии прокариот и эукариотов в субтропическом окраинном море, что позволяет предположить роль ЧМЖ в дифференциации ниш и адаптации морских микробов.

Родопсины теперь известны во всех трех сферах жизни. Наиболее известен сенсорный родопсин, отвечающий за зрение в глазах животных. Более функционально разнообразные родопсины встречаются в микробных организмах (микробные родопсины) [1]. Первые открытия микробных родопсинов относятся к 1970-м годам, когда родопсины у Halobacterium halobium были охарактеризованы как протонные или хлоридные насосы [2,3,4]. После двухдесятилетнего периода затишья интерес к микробным родопсинам возродился благодаря открытию родопсинов протонной помпы (PPR), подсемейства микробных родопсинов, в кладе SAR86 [5] и многих других бактерий на поверхности океана. PPR выкачивают протоны из цитоплазмы внеклеточно и создают протонный градиент, который способен стимулировать выработку АТФ [6]. Широко сообщалось, что эти родопсины, захватывающие фотоэнергию, встречаются в 48% частиц малого размера (<0,8 мкм) в фототической зоне океана [7, 8] или в 13–70% бактерий, живущих на поверхности океана [9, 10]. . Сейчас известно, что они широко распространены по всему миру: от водной системы (включая морские и пресноводные системы) до эдафических систем [11], от тропиков [12] до полярных регионов [13, 14], а таксономически – от гигантских вирусных и эубактериальных организмов [2, 14,15,16] до эукариотических микробов [17, 18].

Большинство микробных родопсинов протонной помпы, зарегистрированных на данный момент, представляют собой внешние протонные насосы, которые функционируют для производства АТФ в клетках, хотя также сообщалось о родопсинах внутренней протонной помпы (т.е. ксенородопсинах и шизородопсинах) [19,20,21]. По этой причине и для краткости термин PPR будет использоваться в дальнейшем для обозначения микробных родопсинов, которые, как было обнаружено, являются родопсинами внешней протонной помпы, что является предметом настоящего исследования. Обнаруженные к настоящему времени PPR включают протеородопсины (PR) [22,23,24], бактериородопсины (BR) [25], ксантородопсины (XR) [26, 27], родопсины эксигуобактерий (ESR) [28] и актинородопсины (ActRs) [29]. ]. Как упоминалось выше, PPR могут гиперполяризовать мембранный потенциал, что может синтезировать АТФ для пользы PPR-содержащих микроорганизмов [30]. Однако экологическая роль различных ЧМЖ не совсем ясна, хотя исследования в целом показали, что они способствуют росту или выживанию микробов-носителей в средах с низким содержанием питательных веществ [24, 31]. У динофлагеллят PPR могут обеспечивать энергию для поддержания роста в условиях недостатка пищи, питательных веществ или света [32, 33]. У диатомовых водорослей PPR участвуют в преодолении дефицита железа [18].