Новости

Dec 03, 2023

Экофизиология и геномика адаптированного к солоноватой воде субклада IIIa SAR11

Журнал ISME, том 17,

Журнал ISME, том 17, страницы 620–629 (2023 г.) Процитировать эту статью

1541 Доступов

3 цитаты

26 Альтметрика

Подробности о метриках

Отряд Pelagibacterales (SAR11) является наиболее многочисленной группой гетеротрофного бактериопланктона в мировых океанах и включает в себя множество субкладов с уникальным пространственно-временным распределением. Субклад IIIa является основной группой SAR11 в солоноватой воде и имеет общего предка с доминирующим субкладом пресноводных IIIb (LD12). Несмотря на доминирование в солоноватой среде, субклад IIIa не имеет систематических геномных или экологических исследований. Здесь мы объединяем закрытые геномы из новых изолятов IIIa, новых MAGS IIIa из залива Сан-Франциско (SFB) и 460 высокополных общедоступных геномов SAR11 для наиболее полного на сегодняшний день пангеномного исследования субклада IIIa. Субклад IIIa представляет собой таксономическое семейство, состоящее из трех родов (обозначенных как подгруппы IIIa.1, IIIa.2 и IIIa.3), которые имели различное экологическое распространение, связанное с соленостью. Расширение выбора таксонов внутри субклада IIIa также установило ранее отмеченную метаболическую дифференциацию в субкладе IIIa по сравнению с другими субкладами SAR11, такую ​​как прототрофия глицина/серина, наличие мозаичного глиоксилатного шунта и потенциал синтеза полигидроксиалканоатов. Наш анализ также показывает метаболическую гибкость среди подгрупп IIIa. Кроме того, мы обнаружили, что субклад IIIa.3 объединяет морские и пресноводные клады на основании его потенциала совместимого транспорта растворенных веществ, использования железа и потенциала управления бикарбонатом. Эксперименты на чистой культуре подтвердили разницу в диапазонах солености в IIIa.1 и IIIa.3 и предоставили подробные данные о размере и объеме клеток IIIa. Это исследование является важным шагом вперед для понимания геномной, экологической и физиологической дифференциации субклада IIIa и общей истории эволюции SAR11.

Клада SAR11 (Pelagibacterales) — разнообразный отряд бактериопланктона, составляющий до 40% гетеротрофных бактерий на поверхности Мирового океана [1, 2]. Клада включает в себя множество субкладов, которые демонстрируют уникальное пространственно-временное распределение в глобальных водах, соответствующее филогенетической структуре группы [1, 3]. Большая часть того, что известно о SAR11, происходит из субклада Ia, включая хорошо охарактеризованные штаммы HTCC1062 и HTCC7211 [4,5,6]. Исследования, сосредоточенные на этих организмах и других геномах в пределах Ia, определили SAR11 как олиготрофные морские гетеротрофы с каноническим геномом и оптимизированным геномом [7,8,9] со специфическими потребностями в питательных веществах [10], простыми регуляторными системами [7, 11, 12], ауксотрофами по ключевым аминокислотам. кислоты и витамины [13, 14], распределение потока углерода для ассимиляции или энергии на основе внешних концентраций питательных веществ [15] и чувствительность к очищающему отбору внутри близкородственных популяций [16]. Исследования субкладов SAR11, отличных от Ia, предоставили доказательства дополнительных геномных адаптаций и биогеографии, специфичных для субклада. Например, субклад Ic содержит тонкие геномные изменения, такие как аминокислотный состав, увеличенный размер межгенных спейсеров и гены, кодирующие компоненты клеточной стенки, что является вероятной адаптацией к батипелагии [17]. Некоторые представители субкладов II и Ic обладали генами восстановления нитратов в зонах минимума кислорода, что является первым свидетельством факультативного анаэробного метаболизма при SAR11 [18]. Недавно был культивирован пресноводный субклад LD12/IIIb, и его рост в условиях низкой солоноватости и утрата генов осморегуляции дает гипотезу об адаптации SAR11 к пресноводным экосистемам [19, 20].

Другой важный субклад SAR11, IIIa, который имеет общего предка с пресноводной группой LD12/IIIb [3, 19] (далее LD12), получил сравнительно мало внимания, несмотря на то, что является ключевой группой для изучения эволюционного перехода SAR11 от морских. в пресную воду. На сегодняшний день зарегистрировано только два изолята: HIMB114 (выделенный с побережья Оаху, Гавайи [8]) и IMCC9063 (выделенный с побережья Шпицбергена, Норвегия [21]), но отсутствие систематических исследований не свидетельствует об актуальности IIIa. в глобальных водных системах. IIIa является наиболее распространенным субкладом SAR11 в солоноватой воде, и его распространение варьируется в зависимости от солености и филогенетического положения, при этом две первичные ветви представлены двумя изолятами и их геномами [22, 23]. При обследовании Балтийского моря SAR11 типа IMCC9063 был более многочисленным представителем в солоноватых водах (соленость < 10), тогда как тип HIMB114 достигал пика при солености от высокой до морской солености [22]. Аналогичная тенденция также наблюдалась в эстуариях северной части Мексиканского залива, где несколько операционных таксономических единиц (OTU) SAR11 IIIa были экологически разделены соленостью выше и ниже ~10 [23]. В заливе Сан-Франциско (SFB) исследование, основанное на ампликоне гена 16S рРНК, также обнаружило, что субклад IIIa доминирует при мезогалинной солености [24]. Кроме того, две установленные ветви IIIa были разделены по температуре и широте в полярных и умеренных водах [25]. Несмотря на свидетельства разделения ниш, основанные на их распространении в окружающей среде, устойчивость этих организмов к температуре и солености не проверялась экспериментально.