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Aug 07, 2023

Um candidato a transportador permitindo que dinoflagelados simbióticos alimentem seus corais hospedeiros

ISME Communications volume 3,

ISME Communications volume 3, Número do artigo: 7 (2023) Citar este artigo

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A parceria simbiótica entre corais e algas dinoflageladas é crucial para os recifes de corais. Os corais fornecem aos seus simbiontes de algas abrigo, dióxido de carbono e nitrogênio. Em troca, as algas simbióticas fornecem aos seus hospedeiros animais carbono fixo na forma de glicose. Mas como a glicose é transferida do simbionte de algas para o hospedeiro animal é desconhecido. Nós raciocinamos que um transportador residente na membrana da célula dinoflagelada facilitaria a transferência externa de glicose para o tecido animal hospedeiro circundante. Identificamos um candidato a transportador no dinoflagelado simbionte cnidário Breviolum minutum que pertence à família onipresente de uniportadores facilitadores de açúcar conhecidos como doces (açúcares eventualmente serão transportadores exportados). Análises anteriores de expressão gênica mostraram que BmSWEET1 é regulado positivamente quando as algas vivem simbioticamente em um hospedeiro cnidário em comparação com o estado de vida livre [1, 2]. Usamos microscopia de imunofluorescência para localizar BmSWEET1 na membrana da célula dinoflagelada. Ensaios de preferência de substrato em um sistema de transporte substituto de levedura mostraram que BmSWEET1 transporta glicose. A microscopia quantitativa mostrou que as células simbióticas de B. minutum têm significativamente mais proteína BmSWEET1 do que as células de vida livre da mesma cepa, consistente com a exportação durante a simbiose, mas não durante a fase planctônica de vida livre. Assim, BmSWEET1 está no lugar certo, na hora certa, e tem o substrato certo para ser o transportador com o qual as algas dinoflageladas simbióticas alimentam seus hospedeiros animais para alimentar os recifes de corais.

A simbiose é uma estratégia evolutiva poderosa que combina conjuntos de habilidades de espécies separadas para enfrentar os desafios de seleção ambiental como um consórcio. No caso dos recifes de coral, a parceria permite o crescimento abundante em águas pobres em nutrientes que, de outra forma, sustentariam muito pouca biomassa [3]. As simbioses com recifes de coral são notavelmente bem-sucedidas. Embora os recifes ocupem apenas 0,1% do ambiente marinho, eles suportam mais de 33% da diversidade marinha [4].

As algas simbióticas nos corais usam CO2 e energia luminosa para fabricar açúcares pela fotossíntese. O açúcar é alimentado ao coral, e esta 'transferência de moeda' simbiótica [5] sustenta a capacidade da maioria dos corais de depositar carbonato de cálcio e, assim, construir um recife [3]. Por sua vez, o hospedeiro de coral fornece aos seus simbiontes de algas abrigo, CO2 e nitrogênio precioso. A transferência de carbono fixado fotossinteticamente do simbionte para o hospedeiro foi demonstrada há mais de 60 anos por Muscatine e Hand [6], e os simbiontes fornecem até 90% da energia usada por um coral [3]. Trabalhos iniciais, que usaram simbiontes removidos do hospedeiro, indicaram que o glicerol era o principal produto de exportação [7]. No entanto, estudos recentes usando parcerias intactas mostram que a glicose é o principal produto de exportação e sugerem que a liberação de glicerol por simbiontes é um artefato induzido por isolá-los de seu hospedeiro [8,9,10] ou talvez transportado para o vacúolo do simbiossoma como um osmólito [ 11]. Assim, sabemos que forma de fotossintato é transferida e quanta transferência ocorre, mas não sabemos essencialmente nada sobre como ocorre a transferência.

O fotossintato transferido deve atravessar pelo menos duas membranas: a membrana celular da alga; e o chamado simbiossoma, uma membrana semelhante a um vacúolo criada durante a absorção fagocítica de um simbionte por um hospedeiro [12]. Dado que a glicose é impermeável à membrana, provavelmente existem transportadores em uma ou ambas as membranas para mover a glicose para fora. Nossa hipótese é que pelo menos um transportador estará na membrana da célula simbionte e será predominantemente ativo no hospital. Para identificar o(s) transportador(es), comparamos anteriormente a expressão gênica em células de vida livre e simbióticas de Breviolum minutum [1], um dinoflagelado simbionte de corais e anêmonas [13]. Vários transportadores mostraram expressão aumentada no hospite [1], e um - que chamamos de BmSWEET1 - é caracterizado aqui.