Les transferts métaboliques entre plusieurs symbiotes pourraient bénéficier aux profondeurs

Oct 15, 2023

ISME Communications volume 3, Numéro d'article : 48 (2023) Citer cet article

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Les moules bathymodiolines dépendent de symbiotes chimiosynthétiques thiotrophes et/ou méthanotrophes pour leur nutrition, mais des symbiotes hétérotrophes secondaires sont souvent présents et jouent un rôle inconnu dans la condition physique de l'organisme. Les moules bathymodiolines Idas qui prospèrent dans les suintements de gaz et sur les bois coulés dans la mer Méditerranée et l'océan Atlantique, hébergent au moins six lignées de symbiotes qui coexistent souvent. Ces lignées comprennent les symbiotes primaires, les gammaprotéobactéries chimiosynthétiques oxydant le méthane et le soufre, et les symbiotes secondaires, les Méthylophagaceae, les Nitrincolaceae et les Flavobacteriaceae, dont la physiologie et le métabolisme sont obscurs. On sait peu de choses sur si et comment ces symbiotes interagissent ou échangent des métabolites. Ici, nous avons organisé des génomes assemblés par métagénome de symbiotes d'Idas modiolaeformis et utilisé la métatranscriptomique et la métaprotéomique centrées sur le génome pour évaluer les fonctions clés des symbiotes. Le symbiote Méthylophagaceae est un autotrophe méthylotrophe, car il code et exprime le monophosphate de ribulose et les enzymes du cycle de Calvin-Benson-Bassham, en particulier RuBisCO. Le symbiote Nitrincolaceae ASP10-02a alimente probablement son métabolisme avec des macromolécules riches en azote et peut fournir à l'holobiont de la vitamine B12. Les symbiotes Urechidicola (Flavobacteriaceae) dégradent probablement les glycanes et peuvent éliminer le NO. Nos résultats indiquent que ces associations flexibles permettent d’élargir la gamme de substrats et de niches environnementales, via de nouvelles fonctions métaboliques et de nouveaux transferts.

Les symbioses chimiosynthétiques permettent aux animaux et à certains protistes de coloniser des environnements extrêmes, notamment les sources hydrothermales et les suintements froids des profondeurs marines, ainsi que des habitats productifs clés dans les zones côtières, tels que les herbiers marins [1, 2]. La chimiosynthèse, c'est-à-dire l'assimilation de molécules monocarbonées, telles que le dioxyde de carbone et le méthane, en utilisant l'énergie stockée dans des composés réduits, principalement du soufre réduit (sulfure, thiosulfate, soufre élémentaire) et du méthane, alimente ces symbioses. Les symbioses chimiosynthétiques sont généralement caractérisées par une faible diversité et une haute fidélité des symbiotes nutritionnels clés au niveau de l'espèce [3]. Ils présentent un large éventail de stratégies de transmission, notamment des modes verticaux, horizontaux et mixtes [4], qui peuvent déterminer la fidélité de ces associations, ainsi que la force de la sélection environnementale pour les symbiotes les plus aptes et la diversité génétique au sein des populations de symbiotes [3 , 5,6,7]. Comme dans les populations bactériennes libres, la diversité génétique élargit les fonctions des symbiotes, permettant à l'holobionte d'acquérir de nouvelles capacités métaboliques et niches environnementales [8, 9].

La diversité taxonomique et fonctionnelle des symbiotes varie considérablement entre les lignées de moules bathymodiolines, qui comprennent entre autres les genres chimiosynthétiques Bathymodiolus, Gigantidas et Idas [10]. Les principaux symbiotes des moules bathymodiolines comprennent les Thioglobaceae oxydant le soufre (ordre gammaprotéobactérien PS1, également connu sous le nom de clade SUP05) et les bactéries oxydantes de méthane Méthyloprofundus (ordre gammaprotéobactérien Méthylococcales). Certaines moules bathymodiolines, telles que Bathymodiolus earlougheri, B. billschneideri et B. nancyschneideri, hébergent des populations monospécifiques de symbiotes thiotrophes [11], tandis que Gigantidas childressi et G. platifrons hébergent principalement les bactéries oxydant le méthane [12,13,14]. D'autres hébergent les deux [15]. Il existe également des cas extrêmes de perte de diversité des symbiotes et de gain dans les symbioses bathymodiolines. Par exemple, une petite moule bathymodioline des grands fonds, Idas argenteus, semble manquer de symbiotes, qui pourraient avoir été acquis dans le passé et récemment perdus [16]. D'autres, comme B. heckerae, des profondeurs du golfe du Mexique, hébergent plusieurs taxons de symbiotes aux fonctions distinctes : outre deux espèces de symbiotes oxydants du méthane et deux espèces de symbiotes oxydants du soufre, B. heckerae possède des symbiotes bactériens supplémentaires, y compris les Méthylophagaceae sp. les méthylotrophes, ainsi que les Cycloclasticus qui catabolisent les alcanes à chaîne courte [17,18,19].