지역사회 상황과 pCO2는 공동의 "도우미" 박테리아 Alteromonas의 전사체에 영향을 미칩니다.

Apr 10, 2023

ISME 커뮤니케이션 2권, 기사 번호: 113(2022) 이 기사 인용

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많은 광독립영양미생물은 필수 기능을 수행하기 위해 종속영양세균에 의존합니다. 그러나 환경 변화로 인해 그러한 상호 작용이 변경되거나 제거될 수 있습니다. 우리는 '도우미' 박테리아인 Alteromonas macleodii EZ55와 쌍을 이루는 3가지 피코시아노박테리아 균주(Synechococcus 균주 CC9311 및 WH8102 및 Pro클로로코커스 균주 MIT9312)의 공동 배양에서 유전자 전사에 대한 pCO2 변화의 효과를 조사했습니다. 시아노박테리아와의 공동 배양은 pCO2 자체보다 EZ55에서 훨씬 더 많은 수의 상향 및 하향 조절된 유전자를 생성했습니다. 경로 분석에서는 탄수화물 대사, 스트레스 반응, 주화성에 관여하는 유전자의 전사가 크게 다른 것으로 나타났으며, 서로 다른 시아노박테리아 균주와의 공동 배양에서 서로 다른 상향 또는 하향 조절 패턴이 나타났습니다. EZ55의 유기 및 무기 영양소 수송체와 이화 작용 유전자의 유전자 전사 패턴은 배양 배지에서 이용 가능한 자원이 상승된(800ppm) pCO2 조건 하에서 변경되었음을 시사했습니다. 전체적으로, 변화하는 전사 패턴은 두 가지 pCO2 체제 하에서 시아노박테리아 배설물의 구성이 변경되어 공동 배양의 두 구성원 모두에서 광범위한 생태생리학적 변화를 일으킬 가능성과 일치했습니다. 또한, 800ppm pCO2에서 MIT9312/EZ55 공동배양에서 산화 스트레스 유전자의 상당한 하향 조절은 이 조건에서 예측된 광호흡 부산물(즉, 글리콜레이트/2PG)의 가용성 감소와 EZ55에 대한 내부 산화 스트레스 부하의 관찰된 감소 사이의 연관성과 일치했습니다. 이는 이전에 관찰된 pCO2 상승 하에서 EZ55가 MIT9312에 제공하는 "도움말" 부족에 대한 가능한 설명을 제공합니다. 대기 pCO2가 증가함에 따라 해양에서 미생물 생태생리학에 유사한 광범위한 변화가 발생하면 생태계 기능과 군집 구성이 크게 변경될 수 있습니다.

주로 인위적 활동에 의해 지구 대기의 이산화탄소 함량(pCO2)은 역사상 전례 없는 속도로 증가하고 있습니다[1]. 이러한 변화의 영향 중 하나는 바닷물의 CO2 흡수로 인한 해양 산성화입니다[2]. 이러한 변화의 속도는 전 세계 일차 생산성의 약 절반을 담당하는 해양 식물성 플랑크톤의 영향을 받습니다[3, 4]. 식물성 플랑크톤은 산소 호흡을 통해 재광화되는 용존 유기물(DOM)의 방출을 통해 박테리오플랑크톤과 대사적으로 상호 연결되어 미생물 루프로 알려진 내부 탄소 순환을 생성합니다. 탄소 고정 및 탄소 방출의 상대적 비율과 퇴적물 또는 더 높은 영양 수준으로의 탄소 배출은 pCO2 변화의 전체 속도에 영향을 미칩니다[6]. 결과적으로, pCO2 변화가 식물성 플랑크톤 성장 역학에 어떻게 영향을 미치는지 이해하기 위해 상당한 노력이 기울여졌습니다[7, 8].

피코시아노박테리아인 프로클로로코커스(Pro클로로코커스)와 시네코코커스(Synechococcus)는 외양에서 가장 풍부한 두 가지 식물성 플랑크톤 속이므로 해양 탄소 순환의 중요한 구성 요소입니다[9]. 증가된 온도와 빛만을 고려한 기후 변화 모델은 2100년까지 두 분류군의 세포 수가 크게 증가할 것으로 예측했습니다[9]. 그러나 두 속은 미래의 pCO2와 온도에 대한 배양 기반 실험에서 다르게 반응했으며[10], 프로클로로코커스는 예상 2100년 pCO2(800ppm)에서 성장률이 크게 감소한 것으로 나타났습니다[11]. 온도와 pCO2에 대한 식물성 플랑크톤 반응을 통합한 모델은 프로클로로코커스가 그 범위 전체에서 시네코코커스[12]에 의해 경쟁에서 압도될 것이며 잠재적으로 해양 탄소 순환에 극적인 영향을 미칠 것이라고 제안했습니다.

흥미롭게도, 높은 pCO2에서 프로클로로코커스의 성장 장애는 이 실험에서 함께 배양된 "도우미" 박테리아인 Alteromonas macleodii EZ55의 전사 변화에 의해 부분적으로 발생했습니다[7]. 이전 실험에서는 프로클로로코커스 배양이 배양 배지에서 발견되는 H2O2를 견디기 위해 EZ55와 같은 보조 박테리아에 의존한다는 것을 보여주었습니다[13, 14]. 그러나 EZ55는 800ppm pCO2에서 H2O2 제거 효소 카탈라아제를 하향 조절하여 프로클로로코커스의 도움을 효과적으로 억제하고 성장률을 감소시키고 사망률을 높였습니다[7].