El contexto comunitario y la pCO2 impactan en el transcriptoma de la bacteria "auxiliar" Alteromonas en co

Apr 10, 2023

ISME Communications volumen 2, Número de artículo: 113 (2022) Citar este artículo

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Muchos fotoautótrofos microbianos dependen de bacterias heterótrofas para realizar funciones esenciales. Los cambios ambientales, sin embargo, podrían alterar o eliminar dichas interacciones. Investigamos los efectos del cambio de pCO2 en la transcripción génica en cocultivos de 3 cepas de picocianobacterias (cepas de Synechococcus CC9311 y WH8102 y cepa de Prochlorococcus MIT9312) junto con la bacteria 'ayudante' Alteromonas macleodii EZ55. El cocultivo con cianobacterias dio como resultado un número mucho mayor de genes regulados hacia arriba y hacia abajo en EZ55 que pCO2 por sí solo. El análisis de la ruta reveló una transcripción significativamente diferente de los genes implicados en el metabolismo de los carbohidratos, la respuesta al estrés y la quimiotaxis, con diferentes patrones de regulación al alza o a la baja en el cultivo conjunto con diferentes cepas de cianobacterias. Los patrones de transcripción de genes de transportadores de nutrientes orgánicos e inorgánicos y genes de catabolismo en EZ55 sugirieron que los recursos disponibles en los medios de cultivo se alteraron en condiciones de pCO2 elevadas (800 ppm). En conjunto, los patrones de transcripción cambiantes fueron consistentes con la posibilidad de que la composición de las excreciones de cianobacterias cambiara bajo los dos regímenes de pCO2, lo que provocó cambios ecofisiológicos extensos en ambos miembros de los cocultivos. Además, la regulación a la baja significativa de los genes del estrés oxidativo en cocultivos MIT9312/EZ55 a 800 ppm de pCO2 fue consistente con un vínculo entre la disponibilidad reducida prevista de subproductos fotorrespiratorios (es decir, glicolato/2PG) en esta condición y las reducciones observadas en las cargas de estrés oxidativo interno para EZ55 , proporcionando una posible explicación de la falta de "ayuda" observada anteriormente proporcionada por EZ55 a MIT9312 bajo una pCO2 elevada. Si se producen alteraciones amplias similares en la ecofisiología microbiana en el océano a medida que aumenta la pCO2 atmosférica, podrían conducir a una alteración sustancial del funcionamiento del ecosistema y la composición de la comunidad.

Impulsado en gran medida por las actividades antropogénicas, el contenido de dióxido de carbono de la atmósfera terrestre (pCO2) está aumentando a un ritmo sin precedentes en la historia [1]. Un impacto de este cambio es la acidificación de los océanos causada por la absorción de CO2 por el agua de mar [2]. Las tasas de estos cambios están influenciadas por el fitoplancton marino, que es responsable de aproximadamente la mitad de la productividad primaria mundial [3, 4]. El fitoplancton, a su vez, está interconectado metabólicamente con el bacterioplancton a través de la liberación de materia orgánica disuelta (DOM) que se remineraliza a través de la respiración aeróbica, creando un ciclo de carbono interno conocido como ciclo microbiano [5]. Las tasas relativas de fijación y liberación de carbono, así como la exportación de carbono a sedimentos o niveles tróficos superiores, influyen en el ritmo general de cambio de pCO2 [6]. Como resultado, se ha dirigido un esfuerzo sustancial hacia la comprensión de cómo el cambio de pCO2 afectará la dinámica de crecimiento del fitoplancton [7, 8].

Las picocianobacterias Prochlorococcus y Synechococcus son los dos géneros de fitoplancton más abundantes en el océano abierto y, por lo tanto, son componentes importantes del ciclo del carbono marino [9]. Los modelos de cambio climático que consideran solo el aumento de la temperatura y la luz han predicho aumentos significativos en el número de células para ambos taxones para el año 2100 [9]. Sin embargo, los dos géneros respondieron de manera diferente en experimentos basados ​​en cultivos a la pCO2 y temperatura futuras [10], con Prochlorococcus mostrando tasas de crecimiento sustancialmente reducidas bajo la pCO2 proyectada para el año 2100 (800 ppm) [11]. Los modelos que incorporan la respuesta del fitoplancton tanto a la temperatura como a la pCO2 sugirieron que Synechococcus [12] superaría a Prochlorococcus en toda su área de distribución, con impactos potencialmente dramáticos en el ciclo del carbono oceánico.

Curiosamente, el deterioro del crecimiento de Prochlorococcus a una pCO2 alta fue causado en parte por cambios en la transcripción de la bacteria "auxiliar" Alteromonas macleodii EZ55 con la que se cocultivó en estos experimentos [7]. Experimentos anteriores mostraron que los cultivos de Prochlorococcus dependían de bacterias auxiliares como EZ55 para tolerar el H2O2 que se encuentra en los medios de cultivo [13, 14]. Sin embargo, EZ55 reguló a la baja la enzima catalasa que elimina H2O2 a 800 ppm de pCO2, reteniendo efectivamente la ayuda de Prochlorococcus y conduciendo a tasas de crecimiento reducidas y mortalidad elevada [7].

La interacción auxiliar entre EZ55 y Prochlorococcus representa solo uno de los muchos intercambios similares entre microbios marinos. Por ejemplo, muchas interacciones de "Reina Negra" (BQ) que implican funciones biológicas con fugas cuyos productos están disponibles para otros miembros de la comunidad [15, 16] crean incentivos evolutivos para que los microbios se vuelvan dependientes unos de otros a través de la racionalización metabólica. Los resultados evolutivos de BQ van desde la disminución de la expresión génica [17] hasta la pérdida de genes [14, 16] y producen organismos "beneficiarios" como Prochlorococcus que dependen de organismos "auxiliares" como Alteromonas para realizar funciones con fugas [14, 18, 19]. Debido a que cualquiera de estas interacciones puede verse interrumpida por una pCO2 elevada de la misma manera que se observó entre Prochlorococcus y EZ55, es posible que el ciclo del carbono en los océanos futuros experimente cambios que son difíciles de predecir en función del comportamiento de los cultivos axénicos.

Nuestra capacidad para evaluar el impacto de la futura pCO2 en las comunidades marinas está limitada por la reducida complejidad ecológica de los experimentos de laboratorio [2] y, en particular, los experimentos con microalgas que utilizan cultivos axénicos pueden tergiversar la dinámica natural de las comunidades marinas [20]. Por lo tanto, los estudios que utilizan comunidades simplificadas que comprenden diferentes grupos funcionales de fitoplancton y bacterias heterótrofas brindan un enfoque más realista para comprender cómo la dinámica del ciclo del carbono se verá afectada por el cambio global. Aquí exploramos el impacto de la pCO2 proyectada para el año 2100 (800 ppm) en la transcripción en cocultivos de Alteromonas sp. EZ55 con la picocianobacteria Prochlorococcus MIT9312, Synechococcus sp. CC9311 y Synechococcus sp. WH8102. Nuestro objetivo era comprender cómo responden estos organismos al cambio de pCO2 y cómo responde EZ55 a la presencia de diferentes socios cianobacterianos. Nuestros resultados demostraron que la pCO2 del año 2100 probablemente afectará las conversaciones metabólicas entre las cianobacterias y las bacterias marinas al alterar la disponibilidad de metabolitos secretados y nutrientes inorgánicos, con efectos secundarios en la fisiología del estrés, todo lo cual impacta en la función ecológica de la comunidad.

Seis clones de la cepa WH8102 de Synechococcus de océano abierto y la cepa CC9311 de Synechococcus costera se obtuvieron mediante dilución hasta la extinción en medio SN [21]. Los cultivos parentales de cada organismo se obtuvieron del Centro Nacional de Algas Marinas (Boothbay Harbor, Maine) y eran axénicos al recibirlos. Seis clones de Alteromonas sp. la cepa EZ55 y Prochlorococcus MIT9312 también se obtuvieron previamente y se crioconservaron a -80 °C [7]. Los clones EZ55 utilizados en nuestros cocultivos de Synechococcus fueron los mismos 6 clones utilizados en nuestro estudio transcriptómico anterior de MIT9312 [7] para maximizar la comparabilidad de los resultados entre ese estudio y el presente estudio. Los cocultivos se iniciaron mezclando cada uno de los seis clones de CC9311 y WH8102 con uno de los clones EZ55.

Los cultivos de Synechococcus se cultivaron en condiciones similares a las descritas en nuestro experimento anterior con Prochlorococcus [7]. Brevemente, todos los cultivos se prepararon en tubos de centrífuga de vidrio de fondo cónico lavados con ácido que contenían 13 ml de agua de mar artificial (ASW) enmendada con reservas de nutrientes [21] y con ácido y/o base para controlar la pCO2. ASW (por L: 28,41 g NaCl, 0,79 g KCl, 1,58 g CaCl2*2H2O, 7,21 g MgSO4*7H2O, 5,18 g MgCl2*6H2O) se esterilizó en botellas de vidrio lavadas con ácido, modificadas con 2,325 mM (concentración final) de filtro -bicarbonato de sodio esterilizado, luego burbujeado con aire estéril durante la noche. Los cultivos de Synechococcus se cultivaron en SEv (por L: 32 μM de NaNO3, 2 μM de NaH2PO4, 20 μL de stock de metales traza SN y 20 μL de stock de vitaminas F/2). Las principales diferencias entre este medio y el medio PEv utilizado en nuestro estudio anterior de Prochlorococcus son la fuente de nitrógeno (NO3− frente a NH4+, con una concentración molar de N y relaciones N:P idénticas a PEv) y la adición de vitaminas F/2 [ 21]. La química de carbonato de cada lote de medios se determinó antes de las manipulaciones de pCO2 midiendo la alcalinidad y el pH por titulación y colorimetría, respectivamente [7, 11] y luego utilizando la función oa en el paquete de carburo de mar en R para determinar la cantidad de ácido clorhídrico y bicarbonato (para 800 ppm pCO2) o hidróxido de sodio (para 400 ppm pCO2) para lograr las condiciones experimentales deseadas [22]. Se introdujeron enmiendas ácidas y básicas inmediatamente antes de la inoculación. Los cultivos se cultivaron en una cámara de crecimiento Percival a 21 °C bajo 150 μmol de fotones m-2 s-1 en un ciclo de luz:oscuridad de 14:10. Los cultivos de Synechococcus se cultivaron en una rueda giratoria de cultivo de tejidos a aproximadamente 60 rpm.

Los transcriptomas de las seis réplicas clonales de cada cepa de Synechococcus junto con sus socios EZ55 se evaluaron por debajo de aproximadamente 400 (basado en la pCO2 atmosférica medida en Mauna Loa en 2015, cuando se planeó el experimento) o 800 ppm (es decir, pCO2 prevista aproximada para el año 2100 bajo el escenario A2 del IPCC) pCO2. Antes de la extracción de ARN, cada cultivo se aclimató a las condiciones experimentales durante tres ciclos de transferencia (aproximadamente 14 generaciones). El crecimiento se siguió mediante citometría de flujo utilizando un citómetro de flujo Guava HT1 (Luminex Corporation, Austin, TX). Las concentraciones de células EZ55 se determinaron por dilución en agar YTSS (por L, 4 g de triptona, 2,5 g de extracto de levadura, 15 g de sales marinas, 15 g de agar). Cada vez que las densidades de células de Synechococcus alcanzaron 2,6 × 105 células mL−1, los cultivos se diluyeron 26 veces en medios frescos. Los experimentos preliminares revelaron que esta concentración de células era lo suficientemente baja como para que el crecimiento no se viera limitado por los nutrientes y el pH y la pCO2 no se vieron afectados significativamente por los mecanismos de concentración de carbono de las cianobacterias. En el ciclo de transferencia final, cada cultivo se dividió en 5 subcultivos idénticos para aumentar la biomasa disponible para la extracción de ARN; Luego, los 5 subcultivos de cada clon se agruparon y recolectaron en un solo filtro de policarbonato de 0,2 μm mediante una filtración suave con jeringa, luego se congelaron rápidamente en nitrógeno líquido y se almacenaron a -80 °C antes de la extracción de ARN. Para los cultivos WH8102, se recolectó un promedio de 4,04 × 107 células WH8102 y 3,91 × 108 células EZ55 por filtro, y para los cultivos CC9311, se recolectó un promedio de 5,47 × 107 CC9311 y 7,33 × 108 células EZ55 por filtro. Los parámetros químicos de carbonato para los cultivos se muestran en la Tabla 1.

Las tasas de crecimiento exponencial y maltusianas, las duraciones de los retrasos y las mortandades posteriores a la transferencia para las cianobacterias se calcularon como se describió anteriormente [7]. El efecto de la pCO2 sobre estas propiedades se analizó utilizando modelos lineales de efectos mixtos en R utilizando el paquete lme4, seguido de contrastes post-hoc utilizando emmeans.

La extracción de ARN se realizó por separado para cada cultivo replicado con el RNeasy Mini Kit (Qiagen, Valencia, CA, EE. UU.) con una pequeña modificación del paso de lisis [7]. El ARNr se eliminó con el kit de eliminación de ARNr Ribo-Zero para bacterias (Illumina, San Diego, CA, EE. UU.) [7]. Después de la eliminación del ARNr, las muestras se purificaron y concentraron con un kit de limpieza RNeasy MiniElute (Qiagen). La cantidad y la calidad del ARN posterior a la digestión se evaluaron con un bioanalizador Agilent 2100 (Agilent, Santa Clara, CA, EE. UU.). La preparación de la biblioteca de ARNm para la secuenciación de extremos emparejados Illumina Hi-seq 2500 (PE100) utilizó el kit de preparación de muestras de ARN TruSeq v2 (Illumina, San Diego, CA, EE. UU.). La longitud del fragmento de ADN era de 100 pb, los extremos emparejados no se superponían y el tamaño del inserto era de aproximadamente 300 pb. Se agregaron secuencias de códigos de barras individuales a las lecturas de secuencias para la secuenciación multiplex que se ejecutaron en un solo carril en el Centro del Genoma de la Universidad de Sulzberger Columbia (CUGC) (Nueva York, NY, EE. UU.). Se puede acceder a nuestros archivos de secuencias desde NCBI (BioProject PRJNA377729, números de acceso de SRA SRX2619948-SRX2619957, SRX3033334-SRX3033345 y SRX14411251-SRX14411274).

Las lecturas obtenidas de este estudio, así como todas las lecturas de nuestro experimento anterior con MIT9312 y EZ55 [7], se analizaron juntas aquí. Las lecturas de secuencia (es decir, archivos de llamada base BCL por ciclo) se tradujeron en archivos FASTQ por lectura para el análisis posterior en la instalación de secuenciación con el software bl2fastq utilizando la configuración predeterminada junto con el recorte del adaptador para eliminar los códigos de barras. Seguimos una versión ligeramente modificada del flujo de trabajo descrito en [23] para el conteo de alineación y la transcripción diferencial de genes usando los paquetes Rsubread y edgeR en R v4.02 [24]. La distribución de las puntuaciones de calidad FASTQ se evaluó con la función qualityScores. Los genomas de referencia de cianobacterias se obtuvieron de Ensemble Bacteria (ASM1264v1, ASM1458v1, ASM19597v1, respectivamente para MIT9312, CC9311 y WH8102). Los datos de EZ55 se obtuvieron de IMG/M (identificación de taxón 2785510739); este ensamblaje completo del genoma [25] fue una versión superior en comparación con la utilizada en nuestro análisis anterior de MIT9312 [7]. Los índices del genoma se construyeron antes de la alineación utilizando la función buildindex. Posteriormente, las lecturas se alinearon con los índices utilizando la configuración predeterminada de la función de alineación. Los archivos BAM resultantes se contaron frente a los genomas anotados de cianobacterias y EZ55 utilizando la función de conteo de características.

Estimamos las probabilidades de transcripción diferencial de genes (DGE) y el cambio de pliegue de los recuentos de transcripción utilizando edgeR. Antes del análisis DGE, los recuentos de genes con bajos niveles de transcripción se filtraron mediante la función filterByExpr y los recuentos restantes se normalizaron mediante la función calcNormFactors para eliminar los sesgos de composición entre las bibliotecas. Los modelos lineales generales estimaron las dispersiones comunes, de tendencia y de etiqueta y los impactos de diferentes parámetros de diseño experimental en recuentos normalizados (función glmFIT). Para las cianobacterias, se preparó una matriz de diseño para probar la DGE entre las dos condiciones experimentales de pCO2. Para Alteromonas EZ55, nuestra matriz de diseño probó los efectos del cocultivo y pCO2, así como la interacción entre esos dos factores. Se realizó un análisis estadístico basado en nuestro modelo ajustado y se aplicaron los siguientes contrastes personalizados mediante la función makeContrasts: (i) el efecto del tratamiento (es decir, 800 ppm frente a 400 pCO2); (ii) el efecto general de la cocultura promediado entre todos los socios; (iii) el efecto de cianobacterias específicas además de la respuesta general de cocultivo; (iv) la interacción general entre co-cultivo y pCO2; y (v) la interacción entre cianobacterias específicas y pCO2 además del término de interacción general. DGE significativo se definió como genes que tenían valores de p no ajustados < 0,05 y cambio de pliegue logarítmico (logFC) > 1 en comparaciones por pares dentro de nuestro modelo. Los genes DGE para cianobacterias se probaron para el análisis de enriquecimiento de conjuntos de genes (GSEA) utilizando la función gseKEGG en el paquete clusterProfiler. Los niveles de transcripción para EZ55 se analizaron utilizando Over Representation Analysis (ORA) con la función enrichKEGG en clusterProfiler [26].

Investigamos la capacidad de EZ55 para crecer en intermediarios metabólicos en la ruta de la fotorrespiración como su única fuente de carbono. Las soluciones madre de glicina, glicolato, glucosa y glioxilato (concentraciones de 20 %, 4 %, 4 % y 10 % peso/volumen, respectivamente) se esterilizaron por filtración utilizando un filtro de 0,2 µM. El pH de los stocks de glicolato y glioxilato se ajustó a aproximadamente 7 utilizando NaOH 10 M. Los clones EZ55 se inocularon en ASW suplementados con nutrientes Pro99 [21] y glucosa al 0,1 % (p/v) [25] y se aclimataron durante 24 horas a 28 °C con agitación orbital a 120 rpm. Después de la aclimatación, los cultivos se diluyeron 1000 veces en 10 ml de Pro99 (sin glucosa) durante un cultivo adicional de 24 h en las mismas condiciones de cultivo, luego se agregaron 5 μl de cada cultivo en pocillos duplicados de una placa transparente de 96 pocillos esterilizada con UV. que contiene 215 μl de medio Pro99 con glicina, glicolato, glioxilato o glucosa a una concentración del 0,1 % como fuentes de carbono, o bien sin carbono añadido (como control negativo). La placa se selló con una película de sellado transparente esterilizada con UV y se cultivó en un lector de placas Synergy H1 (Biotek, Vermont, EE. UU.) a 28 °C durante 48 h en modo de lectura continua, recolectando una densidad óptica de longitud de onda de 600 nm a intervalos de 5 min. La tasa de crecimiento exponencial de un cultivo se determinó como la pendiente máxima de su curva de crecimiento, determinada por regresiones lineales de OD frente al tiempo en una ventana de tiempo variable [27].

La detección de H2O2 intracelular se realizó según Lu et al. [28], con ligeras modificaciones. Brevemente, se centrifugaron 1,5 ml de cultivo a 8000 rpm durante 5 min, se eliminó el sobrenadante y se resuspendió el sedimento en 1 ml de solución salina tamponada con fosfato (pH = 7,4, Fisher). Se añadieron 5 μl de diacetato de 2',7'-diclorodihidrofluoresceína 1 mM a la resuspensión y se agitó durante 5 segundos y luego se incubó durante 1 h en un agitador (120 rpm) en la oscuridad. La suspensión se centrifugó a 8000 rpm durante 5 min, el sedimento se lavó dos veces con PBS y finalmente se resuspendió en 200 μl de PBS. La fluorescencia se midió mediante citometría de flujo a longitudes de onda de excitación/emisión de 485/535 nm. El nivel de H2O2 para una muestra se estimó como la media del logaritmo de la fluorescencia a 535 nm para 10 000 eventos.

Varios genes implicados en la vía de utilización del glicolato bacteriano (glicolato/lactato oxidasa, las 3 subunidades de glicolato deshidrogenasa y tartronato semialdehído reductasa) no se anotaron en los genomas de referencia de nuestros organismos, por lo que buscamos detectarlos específicamente mediante un análisis BLAST recíproco. Recuperamos cualquier secuencia de cada uno de los cuatro genomas de referencia con una gran similitud (valor E < 0,001) con los genes relevantes de Escherichia coli y/o Synechococcus elongatus usando blastp [29] y luego comparamos cada secuencia recuperada con la E. coli o genoma de referencia de S. elongatus. Si la coincidencia recíproca era el mismo gen utilizado en la búsqueda BLAST original, consideramos que la coincidencia es significativa. Las secuencias recuperadas se alinearon usando MUSCLE 3.8.425 [30] y se visualizaron en MVIEW a través de la interfaz web EMBL-EBI [31]. Se crearon árboles de máxima verosimilitud con arranque de secuencias GlcDF y GOX/LOX en la versión 11 de MEGA; Los parámetros del modelo para la construcción del árbol se eligieron en función de la combinación que minimizaba el criterio de información bayesiano para el ajuste del modelo para cada conjunto de datos utilizando la herramienta de selección de modelos de MEGA [32].

El crecimiento de Synechococcus CC9311 no se vio afectado significativamente por las condiciones de pCO2 en cocultivo con Alteromonas EZ55, mientras que Synechococcus WH8102 experimentó reducciones de crecimiento similares, aunque menos graves, a las que observamos anteriormente en Prochlorococcus MIT9312 [7] (Fig. S1). WH8102 en realidad tuvo una tasa de crecimiento exponencial significativamente elevada por debajo de 800 ppm de pCO2 (~11 % de aumento basado en un modelo lineal de efectos mixtos, p = 0,009), pero aumentó significativamente la duración de la fase de latencia (2,1 ± 0,5 d, modelo lineal de efectos mixtos, p < 0,001) y la muerte celular posterior a la transferencia (7,8 ± 6,5 % de pérdida, modelo lineal de efectos mixtos, p = 0,001) revirtieron este aumento de la tasa de crecimiento y condujeron a una tasa de crecimiento real o maltusiana significativamente reducida (~17 % de reducción , modelo lineal de efectos mixtos, p = 0,006). No observamos el crecimiento de las cepas axénicas de Synechococcus para este estudio, por lo que no podemos abordar si estas diferencias reflejan o no un cambio en el comportamiento de "ayuda" de EZ55, como se observó para MIT9312 [7].

MIT9312, CC9311 y WH8102 tenían 37, 30 y 13 genes significativamente (logFC > 1, p < 0,05) transcritos diferencialmente entre los tratamientos con pCO2 (Fig. S2, Tabla S1). En consonancia con nuestro informe anterior utilizando una canalización diferente en las mismas secuencias [7], MIT9312 disminuyó la transcripción de genes de cubierta de carboxisoma, genes RUBISCO y varios genes inducibles por luz alta (HLI), y aumentó la transcripción de la repetición de espectrina "co-cultivo gen de respuesta" [33] (Fig. S3A). Por el contrario, WH8102 aumentó la transcripción de genes RUBISCO y carboxisoma (Fig. S3B), así como varios genes de adquisición de N. Al igual que MIT9312, CC9311 regulaba a la baja los genes HLI, así como otros genes relacionados con el estrés (Fig. S3C). GSEA confirmó la regulación a la baja de las vías de fijación de carbono en MIT9312 (Fig. 1A) y la regulación al alza de la fijación de carbono, la adquisición de nutrientes y otras vías catabólicas y anabólicas en WH8102 (Fig. 1B). MIT9312 también aumentó la transcripción de su sistema de reparación de desajustes de ADN en condiciones de pCO2 elevadas. CC9311 aumentó la síntesis de proteína de antena de fotosíntesis y la biosíntesis de aminoacil-tRNA bajo una pCO2 elevada (Fig. 1C).

Los genes se agruparon en conjuntos utilizando anotaciones KEGG para Prochlorococcus MIT9312 (A), Synechococcus WH8102 (B) y Synechococcus CC9311 (C) que representan categorías reguladas diferencialmente entre 400 y 800 ppm de pCO2. Las puntuaciones de enriquecimiento normalizadas (NES) indican la distribución de las categorías KEGG en una lista de genes clasificados por puntuación hipergeométrica (HGS). Las puntuaciones de enriquecimiento más altas indican un cambio de genes que pertenecen a la categoría KEGG indicada hacia cualquiera de los extremos de la lista clasificada que representa la regulación hacia arriba o hacia abajo (valores positivos o negativos, respectivamente).

Muchos más genes se regularon significativamente de manera diferencial bajo 800 ppm de pCO2 en EZ55 en relación con cualquiera de las cianobacterias analizadas (Tabla S2, Fig. S4A). Los genes para la biosíntesis de aminoácidos y peptidoglicanos, así como el catabolismo de diversos azúcares, estaban sobrerrepresentados (Fig. S5A). Todos los genes transcritos estadísticamente de manera diferencial en las tres categorías KEGG más sobrerrepresentadas estaban regulados a la baja. Por el contrario, la categoría de catabolismo de almidón y sacarosa reveló que dos enzimas α-amilasa glucósido hidrolasa, la sacarosa fosforilasa y la amilosacarasa, se transcribieron más a 800 ppm.

También pudimos comparar transcriptomas axénicos EZ55 con aquellos en cocultivo con cianobacterias. El impacto del cocultivo en EZ55 fue mucho más pronunciado que el de la pCO2. Sorprendentemente, 1144 genes se transcribieron de manera significativamente diferente en cocultivo con cianobacterias en relación con EZ55 axénico (Fig. S4B, Tabla S3). Además, la respuesta de pCO2 fue modulada significativamente por el cocultivo de 457 genes (Fig. S4C, Tabla S4). Se identificaron más rutas KEGG sobrerrepresentadas para la respuesta del cocultivo (Fig. S5B) y la interacción del cocultivo con pCO2 (Fig. S5C) que para pCO2 solo (Fig. S5A).

En general, las transcripciones para los genes relacionados con el estrés regulados diferencialmente se agotaron en relación con el EZ55 axénico a 400 ppm de pCO2, con la única excepción del factor sigma de fase estacionaria (rpoS) de la ARN polimerasa (Fig. 2; Tabla S5). Estos genes incluían las enzimas antioxidantes catalasa, catalasa-peroxidasa y alquil hidroperóxido reductasa. Los cocultivos a 400 ppm aumentaron las transcripciones de los transportadores de N, P, Fe, ácidos orgánicos (p. ej., glicolato, acetato, lactato) y una amplia variedad de sustratos de carbono (Fig. S6; Tabla S6). Por otro lado, a 800 ppm de pCO2, la mayoría de los genes de estrés estaban regulados al alza en el cocultivo, y la mayoría de los transportadores tenían una transcripción sin cambios en relación con el EZ55 axénico.

Las parcelas representan la respuesta general al cocultivo (columna 1) y al cocultivo con cianobacterias específicas (columnas 2-4) a 400 u 800 ppm de pCO2, en relación con la transcripción en condiciones axénicas al mismo pCO2. El cambio de pliegue Log2 (logFC) se representa en el eje x en relación con Alteromonas axénica bajo la misma condición de pCO2. Los genes transcritos diferencialmente (p < 0,05 y logFC > 1) se resaltan en negro. Las barras negras en la columna 1 indican que la respuesta promedio del cocultivo es significativamente diferente de la respuesta axénica al mismo pCO2; las barras negras en las columnas 2-4 indican una diferencia significativa entre la respuesta específica de cianobacterias y la respuesta general de cocultivo que se muestra en la columna 1.

Las transcripciones para la mayoría de los genes de quimiotaxis fueron más abundantes en el cocultivo en relación con el axénico a 400 ppm, pero generalmente no se vieron afectadas o se regularon a la baja en el cocultivo a 800 ppm (Fig. S7; Tabla S7). Por otro lado, los genes relacionados con flagelos se regularon principalmente a la baja en cocultivos a 400 ppm, pero se regularon al alza a 800 ppm. Muchos genes del metabolismo central del carbono también se regularon de manera diferencial, con enzimas involucradas en el catabolismo de glioxilato / dicarboxilato, propanoato, piruvato y aminoácidos altamente sobrerrepresentadas (Fig. S8; Tabla S8). La mayoría de las transcripciones del metabolismo central transcritas diferencialmente se enriquecieron en cocultivo a 400 ppm, excepto los genes que codifican enzimas en el ciclo de metilcitrato y la síntesis de glicina betaína a partir de colina, que se regularon a la baja. Sin embargo, a 800 ppm, solo dos enzimas del metabolismo central se transcribieron de manera diferencial en el cocultivo, y ambas se agotaron en relación con el crecimiento axénico.

La sección anterior analizó la respuesta general de cocultivo de EZ55, pero nuestro análisis también reveló muchos genes que se transcribieron de manera diferencial según con qué socio cianobacteriano se cultivó EZ55 (Fig. S4, paneles DF; Tablas S9, S10, S11). Para muchos de estos, la respuesta de cocultivo específica de la cepa también fue diferente entre los tratamientos con pCO2 (Fig. S4, paneles GI, Tablas S12, S13, S14). Las categorías KEGG similares estaban sobrerrepresentadas en la respuesta de EZ55 al cocultivo con cianobacterias específicas en comparación con el cocultivo en general (Fig. S5, paneles DI), lo que sugiere que estas diferencias específicas de especies reflejaban la adaptación de las mismas vías generales en lugar de diferencias fundamentales en respuesta metabólica. Por el contrario, hubo menos diferencias significativas específicas de especie en la transcripción de genes en relación con la respuesta general de cocultivo a 800 ppm. Una diferencia notable fue que a 400 ppm, la mayoría de los genes relacionados con el estrés de EZ55 se transcribieron más con MIT9312 que con cualquiera de las cepas de Synechococcus (Fig. 2). Además, los genes que codifican dos catalasas EZ55, así como la alquil hidroperóxido reductasa, disminuyeron a 800 ppm en cocultivo con MIT9312, pero aumentaron con WH8102 y no cambiaron en relación con la respuesta general de cocultivo para CC9311.

La transcripción de algunos genes de adquisición de nutrientes también fue específica de la cepa (Fig. S6) y, al igual que con los genes de estrés, mostró patrones marcadamente diferentes para los cocultivos con MIT9312 en comparación con las cepas de Synechococcus. Por ejemplo, a 400 ppm, el transportador EZ55 NH4+ aumentó en cocultivo con MIT9312 y WH8102, pero a 800 ppm, las transcripciones del transportador NH4+ disminuyeron sustancialmente en cocultivo con MIT9312, pero no con ninguna de las cepas de Synechococcus. Algunos transportadores de carbono orgánico EZ55 también cambiaron la transcripción en respuesta a pCO2 de una manera específica de especie. Por ejemplo, a 400 ppm, las transcripciones que codifican dos permeasas de fucosa aumentaron en cocultivo con MIT9312 (aunque un tercero disminuyó), y un transportador de acetato se transcribió más con WH8102. Los genes de transporte de vitamina B aumentaron en cocultivo con MIT9312 por debajo de 400 ppm y con WH8102 por debajo de 800 ppm. Los patrones de transcripción específicos de especie de quimiotaxis y genes flagelares fueron similares a las tendencias observadas para la respuesta general de cocultivo, aunque las magnitudes de los cambios variaron significativamente entre cepas en muchos casos (Fig. S7).

A 400 ppm de pCO2, muchos genes del metabolismo central se transcribieron de manera diferente en EZ55 en relación con el cultivo axénico según la cianobacteria asociada específica (Figs. S8, 3, S9). Por ejemplo, EZ55 cocultivado con ambas cepas de Synechococcus aumentó la transcripción de genes involucrados en el sistema de escisión de glicina (GCS), aunque la magnitud del cambio fue significativa solo cuando se combinó con CC9311; por el contrario, estos genes estaban regulados a la baja en cocultivo con MIT9312. Las enzimas de derivación de glioxilato bacteriano, malato sintasa e isocitrato liasa, cuyos metabolitos se superponen con GCS, se regularon al alza en cocultivo con WH8102. EZ55 cocultivado con cepas de Synechococcus pero no con MIT9312 aumentó la transcripción de genes de catabolismo de valina y acetato y disminuyó la transcripción de genes de síntesis de glicina betaína. EZ55 junto con MIT9312 aumentó la transcripción de genes que codifican la piruvato deshidrogenasa. La beta-oxidación de los ácidos grasos generalmente aumentó a 400 ppm pero disminuyó a 800 ppm. El metabolismo de la glicina betaína se reguló a la baja para los cocultivos EZ55 con CC9311 a 400 ppm, pero se reguló al alza a 800 ppm. En general, hubo menos cambios regulatorios específicos de especies en relación con el crecimiento axénico a 800 ppm de pCO2 que a 400 ppm.

Panel A, 400 ppm pCO2; Panel B, 800 ppm pCO2. Los pequeños gráficos insertados indican el cambio logarítmico de la transcripción, en relación con el cultivo axénico en las mismas condiciones de pCO2, en cocultivo con MIT9312 (barras verdes), CC9311 (barras rosas) o WH8102 (barras naranjas). Los nombres de los genes corresponden a los genes relacionados en E. coli. Solo se muestran los genes que se transcribieron de manera diferente entre axénico y cocultivo en al menos una condición; no todas las barras representan diferencias significativas, y las pruebas estadísticas específicas para todos los productos génicos se muestran en la Fig. S8. Se supone que los metabolitos en negrita son exudados intercambiados entre constituyentes de cocultivo bajo ciertas condiciones. Los colores de las flechas indican cuál de los cuatro genomas es capaz de realizar la reacción indicada según las funciones genéticas anotadas y nuestros propios análisis filogenéticos (Figs. S10–S13); consulte la leyenda insertada para obtener una explicación.

Investigamos la posibilidad de que EZ55 pueda metabolizar los subproductos de la fotorrespiración, que pueden ser menos abundantes a 800 ppm de pCO2 y pueden ser secretados obligatoriamente por cianobacterias. Primero, reconstruimos las vías del catabolismo del glicolato en los cuatro organismos a partir de la información genómica (Fig. 3). Para detectar genes posiblemente mal anotados para brechas en las vías, realizamos consultas BLAST recíprocas utilizando secuencias de aminoácidos para genes faltantes de Escherichia coli y / o Synechococcus elongatus (Fig. S10). Primero, confirmamos que no había ningún análogo para la fosfatasa 2PG en el genoma MIT9312. Descubrimos candidatos para tartronato semialdehído reductasa en EZ55 y ambas cepas de Synechococcus, pero no hidroxipiruvato isomerasa para Synechococcus ni candidatos de glioxilato carboligasa para ningún organismo. Descubrimos candidatos para glcD, una de las subunidades de la glicolato deshidrogenasa, en los cuatro genomas, pero solo las dos cepas de Synechococcus tenían coincidencias para las otras dos subunidades glcE y glcF. Debido a que los tres genes son necesarios para funcionar en E. coli [34], investigamos más de cerca las filogenias de los candidatos a glcD en EZ55 y MIT9312. El MIT9312 glcD cayó en un clado que contenía el glcD alternativo descubierto en Synechocystis PCC6803 [35], y también se encontraron versiones de este glcD2 en ambos genomas de Synechococcus estudiados aquí (Fig. S11). Sin embargo, no está claro si esta enzima puede catalizar la conversión de glicolato a glioxilato sin la ayuda de las subunidades glcEF [35]. La proteína EZ55, por otro lado, era casi el doble de larga que la E. coli GlcD, y descubrimos que la extensión C-terminal larga era bastante similar a la proteína E. coli GlcF Fe-S, lo que sugiere que esta nueva proteína grande la proteína puede ser capaz de catalizar la reacción realizada por las tres subunidades glc por sí misma. También descubrimos que esta gran proteína de fusión GlcDF se conservó en todas las gammaproteobacterias marinas, pero no en E. coli o Pseudomonas aeruginosa (Fig. S11). Los genes glcDF que descubrimos se dividían en dos clados, uno que se agrupaba junto con los genes glcD y glcF previamente caracterizados con un alto soporte de arranque, y otro (que incluía el gen EZ55) que representaba un linaje evolutivo separado intermedio entre glcD2 y el canónico E. coli enzima de tres proteínas.

El genoma EZ55 también contenía dos genes similares a la lactato oxidasa lctD de E. coli. Se ha demostrado que las lactato oxidasas bacterianas (LOX) también actúan sobre el glicolato y se cree que son los ancestros de la enzima glicolato oxidasa (GOX) productora de H2O2 que se encuentra en las plantas [36]. Un análisis posterior reveló que las proteínas EZ55 y E. coli se alinearon bien con la GOX eucariota, así como con una LOX productora de H2O2 de Streptococcus pyogenes [37] (Fig. S12). No se pudieron encontrar candidatos de GOX/LOX en ningún genoma de Synechococcus examinado (incluidos los dos estudiados aquí), ni en ningún genoma de Prochlorococcus del clado de luz alta (aunque dos cepas de luz baja, MIT9211 y NATL2A, tenían genes candidatos). Por lo tanto, es posible que EZ55 pueda usar la ruta GOX similar a la planta más eficiente para el catabolismo del glicolato, produciendo H2O2 como subproducto. No encontramos evidencia de la vía del ciclo beta-hidroxiaspartato para la utilización de glicolatos [38] en ninguno de los cuatro genomas.

Con base en esta evidencia genómica, concluimos que tanto las cepas de Synechococcus como EZ55 fueron capaces de recuperar completamente el 2-fosfoglicolato (2PG), el producto proximal de la fotorrespiración, utilizando GCS, la derivación de glioxilato TCA o glicerato (Fig. 3) [ 35]. Al menos una de estas vías se incrementó para EZ55 en cocultivo con cada pareja de cianobacterias a 400 ppm de pCO2 (Fig. 3). MIT9312, por otro lado, no tenía un conjunto completo de enzimas para convertir 2PG en glioxilato y, por lo tanto, predijimos que MIT9312 debe excretar 2PG en el medio a una velocidad relativamente constante durante la fijación de carbono. Por lo tanto, investigamos la capacidad de EZ55 para crecer en varios metabolitos relacionados con 2PG. Los cultivos axénicos EZ55 crecieron en glicolato, glioxilato y glicina como únicas fuentes de carbono (Fig. 4A), aunque con tasas de crecimiento significativamente más bajas que en glucosa (ANOVA seguido de la prueba post-hoc de Tukey, p < 0,05). También medimos el H2O2 intracelular en cultivos EZ55 que crecen en glucosa o glicolato (Fig. 4B). Los cultivos cultivados con glicolato tenían una fluorescencia inducida por H2O2 significativamente mayor que los cultivos de glucosa (ANOVA, p < 0,05), de acuerdo con la actividad de GOX en EZ55.

Una tasa de crecimiento exponencial de EZ55 en tres compuestos relacionados con la fotorrespiración, en comparación con una positiva (glucosa) y una negativa (medio Pro99 sin C sin modificar). B Contenido de H2O2 intracelular en células EZ55 que crecen en glucosa o glicolato, representado como el logaritmo de fluorescencia (FL) promedio de las células teñidas con DCFH-DA analizadas por citometría de flujo.

Nuestro objetivo fue comprender el impacto del cambio de pCO2 (400 frente a 800 ppm, que representa las concentraciones actuales y proyectadas para el año 2100) en Prochlorococcus y Synechococcus y sus efectos en sus interacciones con la bacteria "ayudante" heterótrofa cultivada conjuntamente Alteromonas sp. EZ55. De acuerdo con nuestra investigación anterior [7], EZ55 se vio más fuertemente afectado por la pCO2 del año 2100 que cualquiera de los fotoautótrofos en nuestro estudio a pesar de la dependencia primaria del metabolismo de estos últimos organismos en el CO2. Sorprendentemente, la pCO2 elevada tendió a reducir o eliminar el efecto del cocultivo en EZ55, con muchos menos genes que se transcribieron de manera significativamente diferencial en relación con EZ55 axénico a la misma pCO2. Por lo tanto, pCO2 tuvo un fuerte impacto en la conversación metabólica entre las cianobacterias y EZ55. Nuestro análisis detallado de las vías metabólicas reguladas diferencialmente sugirió tres mecanismos que se refuerzan mutuamente y que subyacen a esta interacción dinámica: (i) los impactos de la pCO2 en la liberación de metabolitos derivados de cianobacterias con fugas, (ii) la alteración de la dinámica de competencia por los nutrientes inorgánicos entre los co -organismos cultivados, y (iii) modulación de estados de estrés bacteriano y fitoplanctónico. Exploramos cada uno de estos mecanismos con más detalle a continuación.

Los medios que usamos para el cocultivo de fitoplancton y bacterias no contenían fuentes de carbono exógenas; por lo tanto, EZ55 dependía de los exudados de cianobacterias para crecer, y es probable que gran parte de su transcripción modificada refleje la disponibilidad cambiante de metabolitos extracelulares en el medio. La importante regulación positiva del catabolismo de carbono y los genes de transporte, así como los genes de quimiotaxis en cocultivos en relación con el EZ55 axénico, respalda la opinión de que la remineralización bacteriana de los compuestos orgánicos secretados por cianobacterias es una fuerza impulsora en estos ecosistemas simples. Además, los cambios en la transcripción del catabolismo de carbohidratos y los genes de transporte brindan pistas sobre qué metabolitos se secretaron en diferentes condiciones experimentales (Fig. 5).

Se muestran reconstrucciones para cuatro contextos comunitarios diferentes (cultivo axénico o cocultivo con Prochlorococcus MIT9312, Synechococcus WH8102 o Synechococcus CC9311) a 400 u 800 ppm de pCO2, lo que refleja posibles cambios en la disponibilidad de compuestos C, factores limitantes del crecimiento y estrés condiciones consistentes con las observaciones de transcripción de genes diferenciales. La imagen EZ55 se obtuvo mediante criomicroscopía electrónica de las sesiones informadas en Hennon et al. [7]. Los colores de fondo para cada socio corresponden a los colores de la barra en la Fig. 3.

Como todos los fotótrofos oxigénicos, las cianobacterias estudiadas aquí fijan carbono usando la enzima rubisco, que también cataliza la reacción de fotorrespiración indeseable que conduce a la producción de 2PG en lugar de fotosintato. Se ha observado que el fitoplancton en el campo y en cultivo excreta ácidos carboxílicos de bajo peso molecular, incluido el glicolato [39,40,41]. El glicolato fotorrespiratorio es una de las fuentes de carbono más abundantes en los océanos [38] y un sustrato de crecimiento preferido para algunas bacterias heterótrofas marinas [42]. Además, el gen glcD bacteriano para convertir el glicolato en glioxilato se transcribe de forma ubicua en el océano [41, 43]. Aunque EZ55 carece de un transportador específico para el glicolato, la célula puede absorberlo utilizando los mismos transportadores utilizados para la absorción de acetato y lactato [44, 45], ambos regulados al alza en condiciones de cocultivo a 400 ppm (Fig. 3 ). Nuestros datos también mostraron una regulación diferencial de las enzimas involucradas en las vías del catabolismo del glicolato, con al menos una vía regulada al alza en el cocultivo con cada cepa de cianobacterias (Fig. 3). Además, demostramos que los cultivos EZ55 eran capaces de crecer en glicolato como única fuente de carbono, posiblemente usando una nueva proteína de fusión GlcDF (Fig. S11) y/o una enzima LOX/GOX similar a una planta (Fig. 4). Por lo tanto, los subproductos fotorrespiratorios son probablemente una fuente de carbono para EZ55 en estos cultivos, particularmente en presencia de MIT9312, que no tiene enzimas detectables para recuperar 2PG por sí solo.

También hubo evidencia de que EZ55 utilizó aminoácidos, ácidos orgánicos y ácidos grasos producidos por fitoplancton bajo ciertas condiciones en estos cultivos (Fig. S9). Los transportadores de lactato, acetato y propanoato y las vías de catabolismo aumentaron en cocultivo con todas las cianobacterias, al igual que la piruvato deshidrogenasa con MIT9312, pero solo a 400 ppm. Tanto el catabolismo de valina como de glicina también aumentaron a 400 ppm en cocultivo con las dos cepas de Synechococcus, y el catabolismo de ácidos grasos aumentó en cocultivo con MIT9312 y CC9311 a 400 ppm de pCO2. La mayoría de estas sustancias se han observado directa o indirectamente en cultivos de cianobacterias en estudios previos. Por ejemplo, se han medido directamente glicolato, lactato, acetato y piruvato en medios agotados de Prochlorococcus [39], y el cocultivo con Prochlorococcus puede cumplir con el requisito de crecimiento de SAR11 para glicina y piruvato [46]. Los genes del catabolismo de ácidos grasos pueden tener vesículas de membrana dirigidas que son liberadas abundantemente por Prochlorococcus y otras bacterias marinas y pueden ser una fuente importante de carbono para los heterótrofos en el océano [47, 48]; si es así, los estudios futuros deberían investigar si WH8102 produce menos vesículas que las otras dos cianobacterias, lo que explica la transcripción diferencial de los genes de oxidación beta observados aquí.

Las rutas catabólicas de valina, ácidos grasos y propanoato se cruzan con la formación de propanoil-coA que, en las bacterias, generalmente se introduce en el ciclo TCA a través de la ruta del citrato de metilo [49], que se reguló significativamente a 400 ppm en co-cultivo con todas las cianobacterias incluso aunque otros genes en estas vías estaban regulados al alza. Por lo tanto, no está claro cuál es el destino final del carbono de estas fuentes, aunque es posible que EZ55 pueda convertir el propanoil-coA en un ciclo TCA intermedio a través de otra vía alternativa (por ejemplo, como se ha descrito en Mycobacterium tuberculosis a través de la vía del metilmalonilo [50]).

En particular, la transcripción de genes relacionada con la utilización de todos estos productos disminuyó a 800 ppm de pCO2 (Figs. 3, S8, S9). Esto no fue inesperado para las enzimas en las vías de utilización del glicolato, ya que el aumento de la relación CO2/O2 a 800 ppm debería disminuir la tasa de fotorrespiración en relación con la fijación de carbono y, por lo tanto, la disponibilidad de metabolitos fotorrespiratorios como el glicolato [51, 52]. Sin embargo, no está claro por qué los ácidos orgánicos y grasos serían menos abundantes en los exudados de cianobacterias a 800 ppm. Una posibilidad es que las cianobacterias liberen menos de estos compuestos en el medio a una pCO2 alta debido a un cambio en su estado redox interno en estas condiciones que favorece la oxidación completa del fotosintato. Si las condiciones futuras de pCO2 alteran fundamentalmente el carácter de los exudados de fitoplancton, esto podría tener profundas implicaciones para la evolución y el funcionamiento de los ecosistemas en los océanos del futuro.

Es poco probable que las cianobacterias autótrofas y las EZ55 heterótrofas compitan por el carbono en nuestras condiciones experimentales, pero observamos evidencia de competencia por nutrientes inorgánicos como N, P y Fe. Los transportadores de fosfato, amonio y hierro EZ55, la proteína reguladora de nitrógeno P-II y la glutamina sintetasa (la puerta de entrada principal para la asimilación de N en las bacterias) se transcribieron en mayor medida para todos los cocultivos en comparación con los cultivos axénicos a 400 ppm de pCO2 (Fig. S6), lo que sugiere un cambio de limitación de carbono axénico a limitación de nutrientes en presencia de un suministro continuo de carbono derivado fotosintéticamente (Fig. 5). Por otro lado, pocos transportadores de nutrientes estaban regulados al alza en comparación con los axénicos por debajo de 800 ppm de pCO2. Aunque los datos de transcripción de genes por sí solos no son suficientes para concluir si Alteromonas está limitada por nutrientes inorgánicos u orgánicos, la importancia reducida de la adquisición de nutrientes sugiere que EZ55 está limitado por el carbono en estas condiciones, al igual que en ausencia de cianobacterias.

Hubo comparativamente pocos cambios específicos de especies en la transcripción del gen del transportador de nutrientes EZ55. Un ejemplo fue un transportador de amonio, que estaba fuertemente regulado al alza en el cocultivo con ambas cianobacterias de mar abierto (MIT9312 y WH8102) a 400 ppm de pCO2. Esto puede reflejar una respuesta a una afinidad comparativamente alta por el N en las cianobacterias adaptadas al océano abierto permanentemente oligotrófico, lo que las convierte en competidores mucho más fuertes para limitar el N que el CC9311 costero. Se ha observado que la competencia de N con EZ55 aumenta la aptitud competitiva relativa de Prochlorococcus frente a Synechococcus (cepa costera WH7803) en cocultivos de 3 vías [53]. Por el contrario, WH8102 parece tener una mayor demanda de N por debajo de 800 ppm de pCO2, lo que aumenta significativamente un transportador de nitrato y varios genes relacionados con la utilización de urea (Fig. S2). Esto puede explicarse por la transcripción mejorada de los genes de fijación de carbono y las tasas de crecimiento exponencial más rápidas observadas en WH8102 a una pCO2 elevada, aumentando la demanda de N, y puede indicar que WH8102 tenía un límite de C de 400 ppm.

Es importante señalar que se proporcionaron diferentes fuentes de N en medio PEv (en el que se cultivaron cocultivos axénicos EZ55 y MIT9312) y SEv (en el que se cultivaron cocultivos CC9311 y WH8102), con NH4+ en el primero y NO3 - en lo ultimo. Sin embargo, no creemos que esta diferencia pueda explicar los cambios observados en la regulación génica, ya que EZ55 es capaz de crecer utilizando cualquier fuente de N. Sin embargo, es interesante señalar que el transportador de amonio de EZ55 se reguló positivamente en ambos tipos de medios (Fig. S6), lo que sugiere que puede beneficiarse del amonio excretado por Synechococcus en cocultivos SEv.

EZ55 mostró menos transcripción de genes relacionados con el estrés a 400 que a 800 ppm de pCO2, y también menos evidencia de estrés en cocultivo con cualquier cianobacteria que en cultivo axénico por sí mismo. Casi todos los genes en el genoma EZ55 relacionados con la protección contra H2O2 se regularon a la baja en el cocultivo a 400 ppm, al igual que un conjunto de otros genes relacionados con el estrés (Fig. 2); por otro lado, muchos de estos genes se regularon significativamente en relación con las condiciones axénicas a 800 ppm. Además, a 800 ppm hubo una diferencia pronunciada en la transcripción del gen de defensa EZ55 H2O2 entre las cianobacterias asociadas. Como describimos anteriormente [7], ambas catalasas monofuncionales se regularon a la baja a 800 ppm en cocultivo con MIT9312, al igual que 2 de 3 genes de alquilhidroperóxido reductasa (aunque el tercero se reguló significativamente). Por el contrario, los genes de catalasa monofuncionales aumentaron significativamente en cocultivo con WH8102 a 800 ppm. La transcripción elevada de genes implicados en la biosíntesis de glicina betaína, un osmoprotector que también se ha demostrado que funciona como antioxidante [54, 55], proporciona más pruebas de un mayor estrés oxidativo en el cocultivo con Synechococcus a 800 ppm en EZ55.

En la dinámica de tres factores sigma de ARN polimerasa relacionados con el estrés, se puede ver alguna indicación del mecanismo detrás del nivel de estrés cambiante de EZ55 bajo cocultivo y pCO2 elevada. Tanto rpoE como rpoH, responsables de controlar los regulones de la envoltura y el estrés por calor, respectivamente, se regularon a la baja a 400 ppm en cocultivo en relación con las condiciones axénicas y 800 ppm; rpoE se reguló significativamente a 800 ppm de pCO2. Estas tendencias son consistentes con el estrés oxidativo inducido por inanición tanto en condiciones axénicas como de 800 ppm, como se discutió anteriormente. Por el contrario, rpoS se reguló positivamente a 400 ppm de pCO2, fuertemente en cocultivo con MIT9312. RpoS es un factor sigma especializado que se acumula en condiciones de privación de nutrientes o cuando las células entran en la fase estacionaria y sirve para aumentar la resistencia general al estrés [56, 57]. Por ejemplo, en Escherichia coli, se demostró que RpoS desempeña un papel crucial para la supervivencia durante la privación de nitrógeno [58]. Si bien el desacoplamiento de la transcripción de genes de estrés oxidativo como la catalasa de la transcripción de rpoS fue inesperado, las tendencias de rpoS son consistentes con que EZ55 tenga un límite de nutrientes a 400 ppm de pCO2 (Fig. S6) y con la regulación positiva de catalasa en co-cultivo con MIT9312, pero no WH8102 o CC9311, a 400 ppm (Fig. 2).

En contraste con EZ55, los genes transcritos diferencialmente relacionados con las respuestas al estrés fueron raros en las cianobacterias a 800 ppm. Si bien tanto MIT9312 como WH8102 tuvieron importantes problemas de crecimiento a 800 ppm (Fig. S1), hubo poca evidencia de una respuesta de transcripción de genes específica de estrés en cualquiera de las cepas. Los genes de reparación de desajustes de ADN se enriquecieron como grupo a 800 ppm en Prochlorococcus, aunque la única proteína individual relacionada con el estrés que se transcribió de manera diferencial fue una proteína HLI que se reguló fuertemente a 800 ppm. No se enriquecieron genes o conjuntos de genes relacionados con el estrés en WH8102, y el pequeño número de genes de estrés transcritos diferencialmente en CC9311 (p. ej., proteínas de choque térmico y HLI) ​​se regularon a la baja a 800 ppm. Esto podría indicar una dependencia tanto de MIT9312 como de WH8102 de su socio EZ55 cocultivado para la protección, ya que ninguno de estos genomas de cianobacterias contiene catalasa u otros genes de respuesta al estrés comunes en las bacterias heterótrofas. También podría indicar que tienen mecanismos de respuesta al estrés diferentes a los que se han caracterizado en bacterias heterótrofas; por ejemplo, varias proteínas hipotéticas de función desconocida se regularon diferencialmente en cada cianobacteria entre las condiciones de pCO2. Finalmente, es posible que las tensiones experimentadas por MIT9312 y WH8102 ocurrieran en los días iniciales después de la transferencia a medios frescos (es decir, el período de retraso significativamente prolongado observado para ambos), y se aliviaron en la fase logarítmica tardía cuando se tomaron muestras de los cultivos para secuenciación de ARN.

Hemos demostrado que la respuesta a una pCO2 elevada en nuestros cocultivos de algas: bacterias fue impulsada más por interacciones entre especies que por respuestas específicas de CO2 en sí mismas. Si bien es importante tener en cuenta que no tenemos evidencia directa basada en la cultura para algunas de estas afirmaciones, creemos que la evidencia de la transcripción de genes es sólida para varias conclusiones con respecto a las interacciones en nuestras culturas (Fig. 5).

En primer lugar, el aumento de pCO2 parece haber alterado fundamentalmente la cantidad y/o los tipos de compuestos de carbono secretados por las tres cepas de cianobacterias examinadas, colocando a EZ55 en un estado metabólico de fase estacionaria casi indistinguible de estar en medios de cultivo sin ninguna fuente de carbono añadida. Sugerimos que esto se debe directamente a la mayor proporción de CO2:O2, que redujo la tasa de fotorrespiración y la posterior liberación de 2PG y/o glicolato e indirectamente puede haber reducido la cantidad de carbono incompletamente oxidado liberado por las cianobacterias al cambiar el estado redox intracelular. [59]. Posiblemente debido al suministro cambiante de carbono, EZ55 también pareció alejarse de un estado de competencia de nutrientes con sus socios cianobacterianos, ejemplificado por una transcripción reducida de transportadores de nutrientes a una pCO2 elevada (Fig. S6).

En segundo lugar, el cocultivo a 400 ppm redujo claramente el estrés en EZ55 en relación con el crecimiento axénico o el crecimiento del cocultivo a 800 ppm, posiblemente debido a la provisión de una fuente más confiable de C como se describe anteriormente por el socio cianobacteriano en estas condiciones. Por el contrario, tanto MIT9312 como WH8102 claramente experimentaron un estrés elevado, potencialmente relacionado con los cambios en el metabolismo de EZ55 en estas condiciones. Una de las principales conclusiones de nuestro trabajo anterior [7] fue el hallazgo de que EZ55 redujo la transcripción de catalasa a 800 ppm de pCO2, eliminando el efecto "ayudante" del que depende Prochlorococcus para crecer en cultivo [13, 14]. En este trabajo vemos que la respuesta de la catalasa en el cocultivo con MIT9312 fue opuesta a la del cocultivo con las dos cepas de Synechococcus. Una posible explicación para esto radica en el hecho de que MIT9312, a diferencia de las otras tres cepas en este estudio, no poseía una vía de catabolismo 2PG completa y, por lo tanto, probablemente excretaba este producto donde posteriormente fue catabolizado por EZ55. Confirmamos mediante análisis genómico (Figs. S10–S13) y experimentos de cultivo (Fig. 4) que EZ55 pudo crecer en glicolato como única fuente de carbono, y que su concentración de H2O2 intracelular fue elevada en comparación con el crecimiento en glucosa. Sugerimos que MIT9312 secretó más 2PG a 400 ppm de pCO2 debido a la menor proporción de CO2:O2, y que el crecimiento en esta fuente de carbono aumentó la carga de estrés oxidativo interno de EZ55, lo que resultó en una mayor transcripción de defensas de H2O2 como la catalasa (Fig. 2 ). Si es cierto, esto proporciona una posible explicación de por qué la relación de "ayuda" se rompió con una pCO2 elevada: al filtrar 2PG como sustrato de crecimiento fácilmente disponible para EZ55 a 400 ppm, MIT9312 obligó a EZ55 a mantener un alto grado de defensa intracelular de ROS, lo que llevó a la capacidad bien caracterizada de EZ55 para proteger de forma cruzada las cepas de Prochlorococcus de las concentraciones de H2O2 relativamente más bajas en el entorno a granel, y permitir que MIT9312 elimine dos vías enzimáticas energéticamente costosas. Cuando una pCO2 más alta redujo la tasa de fotorrespiración, disminuyó la necesidad de EZ55 de producir un exceso de catalasa, lo que resultó en niveles más bajos de protección y deficiencias en el crecimiento concomitantes para MIT9312.

Este es un ejemplo de cómo las funciones de Black Queen con fugas permiten que organismos como Prochlorococcus optimicen su metabolismo al mismo tiempo que crean interdependencias estables dentro de sus comunidades. Sin embargo, también muestra cómo los intercambios estabilizados por Black Queen pueden colapsar. Si nuestra relación hipotética entre pCO2 y la producción de catalasa es correcta, entonces este sistema depende de la liberación pasiva de un subproducto metabólico que evolucionó bajo un conjunto de condiciones atmosféricas de pCO2 que han sido en gran parte estables durante miles de años, pero esto deja el sistema particularmente vulnerable a los rápidos cambios en pCO2 que se están produciendo actualmente y puede dejar a Prochlorococcus sin protección alguna en el futuro océano. Si Prochlorococcus es superado por competidores menos aerodinámicos, esto podría reducir la eficiencia general de la producción primaria en los giros de mar abierto con posibles comentarios positivos sobre la acumulación de CO2 en la atmósfera. Los experimentos posteriores deberían examinar si Prochlorococcus puede superar este desequilibrio a través de la evolución adaptativa lo suficientemente rápido como para evitar alteraciones graves de su nicho actual.

En conclusión, estos resultados brindan más apoyo a la observación de que los cultivos axénicos no brindan una buena ventana al comportamiento de las comunidades naturales. El metabolismo de Alteromonas sp. EZ55, un consumidor omnipresente en el océano, dependía en gran medida del contexto de su comunidad, y los cambios relativamente sutiles en el entorno químico inducidos por una pCO2 elevada fueron suficientes para remodelar significativamente su fisiología. Además, la respuesta transcripcional de EZ55 al cambio de pCO2 fue mucho mayor que la de cualquiera de los fotoautótrofos examinados, lo que sugiere que se necesita más trabajo para comprender las bacterias heterótrofas, a menudo ignoradas, asociadas con los productores primarios marinos y cómo responderán al cambio oceánico global. . Por lo tanto, se indica más investigación sobre algunos de nuestros principales hallazgos e hipótesis (p. ej., el papel de 2PG y la naturaleza del carbono intercambiado entre las cianobacterias y Alteromonas) a través de metabolómica o mediciones directas de sustrato. Estos resultados resaltan aún más la importancia de los experimentos de laboratorio que utilizan cocultivos como un intermedio manejable experimentalmente entre cultivos axénicos demasiado simplificados y comunidades naturales demasiado complicadas. También destacan el papel dominante que juegan los productores primarios en la determinación del metabolismo y las interacciones de los organismos que dependen de ellos para su sustento.

Se puede acceder a nuestros archivos de secuencias desde el Centro Nacional de Información Biotecnológica (BioProject PRJNA377729, Sequence Read Archive números de acceso SRX2619948-SRX2619957, SRX3033334-SRX3033345 y SRX14411251-SRX14411274). Todos los datos generados o analizados a partir de nuestros archivos de secuencia, así como los datos sin procesar de nuestros experimentos basados ​​en cultivos y análisis filogenéticos, se archivan en bco-dmo.org como conjuntos de datos 882409, 882390 y 881942.

Nehrbass-Ahles C, Shin J, Schmitt J, Bereiter B, Joos F, Schilt A, et al. Liberación abrupta de CO2 a la atmósfera en condiciones climáticas glaciales e interglaciales tempranas. Ciencia. 2020;369:1000–5.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Honisch B, Ridgwell A, Schmidt DN, Thomas E, Gibbs SJ, Sluijs A, et al. El registro geológico de la acidificación de los océanos. Ciencia. 2012;335:1058–63.

Artículo PubMed Google Académico

Worden AZ, Nolan JK, Palenik B. Evaluación de la dinámica y la ecología del picofitoplancton marino: la importancia del componente eucariota. Limnol Oceanogr. 2004;49:168–79.

Artículo CAS Google Académico

CB de campo. Producción Primaria de la Biosfera: Integrando Componentes Terrestres y Oceánicos. Ciencia. 1998;281:237–40.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Fenchel T. El bucle microbiano: 25 años después. J Exp Marine Biol Ecol. 2008;366:99–103.

Artículo Google Académico

Azam F, Malfatti F. Estructuración microbiana de ecosistemas marinos. Nat Rev Microbiol. 2007;5:782–91.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Hennon GM, Morris JJ, Haley ST, Zinser ER, Durrant AR, Entwistle E, et al. El impacto del CO2 elevado en Prochlorococcus y las interacciones microbianas con la bacteria 'ayudante' Alteromonas. ISME J. 2018;12:520–31.

Artículo Google Académico

Beszteri S, Thoms S, Benes V, Harms L, Trimborn S. La respuesta de tres especies de fitoplancton del océano Austral a la acidificación del océano y la disponibilidad de luz: un estudio transcriptómico. Protista. 2018;169:958–75.

Artículo PubMed Google Académico

Flombaum P, Gallegos JL, Gordillo RA, Rincon J, Zabala LL, Jiao N, et al. Distribuciones globales presentes y futuras de las cianobacterias marinas Prochlorococcus y Synechococcus. Proc Natl Acad Sci. 2013;110:9824–9.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Fu FX, Warner ME, Zhang Y, Feng Y, Hutchins DA. Efectos del aumento de la temperatura y el CO2 en la fotosíntesis, el crecimiento y las proporciones elementales en Synechococcus y Prochlorococcus (cianobacterias) marinos. J Phycol. 2007;43:485–96.

Artículo Google Académico

Knight MA, Morris JJ. El cocultivo con Synechococcus facilita el crecimiento de Prochlorococcus en condiciones de acidificación del océano. Microbiol Ambiental. 2020;22:4876–89.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Dutkiewicz S, Morris JJ, Follows MJ, Scott J, Levitan O, Dyhrman ST, et al. Impacto de la acidificación de los océanos en la estructura de las futuras comunidades de fitoplancton. Cambio climático de la naturaleza. 2015;5:1002–6.

Artículo CAS Google Académico

Morris JJ, Kirkegaard R, Szul MJ, Johnson ZI, Zinser ER. Facilitación del Crecimiento Robusto de Colonias de Prochlorococcus y Cultivos Líquidos Diluidos por Bacterias Heterótrofas "Auxiliares". AEM. 2008;74:4530–4.

Artículo CAS Google Académico

Morris JJ, Johnson ZI, Szul MJ, Keller M, Zinser ER. Dependencia de la Cyanobacterium Prochlorococcus de los microbios secuestradores de peróxido de hidrógeno para su crecimiento en la superficie del océano. Más uno. 2011;6:e16805.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Morris JJ. Evolución de Black Queen: el papel de la fuga en la estructuración de comunidades microbianas. Tendencia Genet. 2015;31:475–82.

Artículo CAS Google Académico

Morris JJ, Lenski RE, Zinser ER. La hipótesis de la reina negra: evolución de las dependencias a través de la pérdida de genes adaptativos. mBío. 2012;3:e00036–12.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Kazamia E, Czesnick H, Nguyen TTV, Croft MT, Sherwood E, Sasso S, et al. Las interacciones mutualistas entre las algas dependientes de la vitamina B12 y las bacterias heterótrofas exhiben regulación: interacciones algas-bacterias para el suministro de vitamina B12. Microbiol Ambiental. 2012;14:1466–76.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Biller SJ, Coe A, Roggensack SE, Chisholm SW. Las interacciones heterótrofas alteran la dinámica del transcriptoma de Prochlorococcus durante períodos prolongados de oscuridad. mSystems 2018;3:e00040-18, /msystems/3/3/msys.00040-18.atom.

Biller SJ, Coe A, Chisholm SW. Separados y reunidos: impacto de un heterótrofo en el transcriptoma de Prochlorococcus. ISME J. 2016;10:2831–43.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ashworth diputado, Morris JJ. Los cultivos de microalgas axénicas pasan por alto la complejidad del mercado de las ficosferas. pepita. 2016;3:107–11.

Artículo Google Académico

Andersen RA. Técnicas de cultivo de algas. Burlington, Misa: Elsevier/Academic Press; 2005.

Gattuso JP, Lavigne H. Nota técnica: enfoques y herramientas de software para investigar el impacto de la acidificación de los océanos. Biogeociencias. 2009;6:2121–33.

Artículo CAS Google Académico

Chen Y, Lun ATL, Smyth GK. Desde lecturas hasta genes y vías: análisis de expresión diferencial de experimentos de RNA-Seq utilizando Rsubread y la canalización de casi verosimilitud edgeR. F1000Res. 2016;5:1438.

PubMed PubMed Central Google Académico

Equipo central R (2022). R: Un lenguaje y entorno para la computación estadística. R Fundación para la Computación Estadística: Viena, Austria.

Koch H, Germscheid N, Freese HM, Noriega-Ortega B, Lücking D, Berger M, et al. La variabilidad genómica, metabólica y fenotípica determina la diferenciación ecológica y las interacciones intraespecies de Alteromonas macleodii. Sci Rep. 2020;10:809.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wu T, Hu E, Xu S, Chen M, Guo P, Dai Z, et al. clusterProfiler 4.0: una herramienta de enriquecimiento universal para interpretar datos ómicos. Innovación. 2021;2:100141.

CAS PubMed PubMed Central Google Académico

Kamrad S, Rodríguez-López M, Cotobal C, Correia-Melo C, Ralser M, Bähler J. Pyphe, una caja de herramientas de Python para evaluar el crecimiento microbiano y la viabilidad celular en pantallas de colonias de alto rendimiento. eLife. 2020;9:e55160.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lu Z, Sha J, Tian Y, Zhang X, Liu B, Wu Z. El ácido pirogálico aleloquímico polifenólico induce la muerte celular programada dependiente de caspasa-3 (similar) en la cianobacteria Microcystis aeruginosa. Res. de algas 2017;21:148–55.

Artículo Google Académico

Altschul S. Gapped BLAST y PSI-BLAST: una nueva generación de programas de búsqueda de bases de datos de proteínas. Ácidos Nucleicos Res. 1997;25:3389–402.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Édgar RC. MUSCLE: alineación de secuencias múltiples con alta precisión y alto rendimiento. Ácidos Nucleicos Res. 2004;32:1792–7.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Madeira F, Pearce M, Tivey ARN, Basutkar P, Lee J, Edbali O, et al. Servicios de herramientas de búsqueda y análisis de secuencias de EMBL-EBI en 2022. Nucleic Acids Res. 2022;gkac240. https://doi.org/10.1093/narlgkac240.

Tamura K, Stecher G, Kumar S. MEGA11: Análisis genético evolutivo molecular Versión 11. Mol Biol Evol. 2021;38:3022–7.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Aharonovich D, Sher D. Respuesta transcripcional de Prochlorococcus al cocultivo con una Alteromonas marina: diferencias entre cepas y la participación de putativos infoquímicos. ISME J. 2016;10:2892–906.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Pellicer MT, Badía J, Aguilar J, Baldomà L. glc locus de Escherichia coli: caracterización de genes que codifican las subunidades de glicolato oxidasa y la proteína reguladora glc. J Bacteriol. 1996;178:2051–9.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Eisenhut M, Ruth W, Haimovich M, Bauwe H, Kaplan A, Hagemann M. El metabolismo del glicolato fotorrespiratorio es esencial para las cianobacterias y podría haberse transmitido de forma endosimbiótica a las plantas. Proc Natl Acad Sci USA. 2008;105:17199–204.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hackenberg C, Kern R, Hüge J, Stal LJ, Tsuji Y, Kopka J, et al. Las lactato oxidasas de cianobacterias sirven como socios esenciales en la fijación de N2 y evolucionaron en glicolato oxidasas fotorrespiratorias en las plantas. Célula vegetal. 2011;23:2978–90.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Seki M, Iida K, Saito M, Nakayama H, Yoshida S. Producción de peróxido de hidrógeno en Streptococcus pyogenes: participación de la lactato oxidasa y acoplamiento con la utilización aeróbica de lactato. J Bacteriol. 2004;186:2046–51.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Schada von Borzyskowski L, Severi F, Krüger K, Hermann L, Gilardet A, Sippel F, et al. Las proteobacterias marinas metabolizan el glicolato a través del ciclo del β-hidroxiaspartato. Naturaleza. 2019;575:500–4.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Bertilsson S, Berglund O, Pullin MJ, Chisholm SW. Liberación de materia orgánica disuelta por Prochlorococcus. Vie et Milieu. 2005;55:225–31.

Pavimentadora SF, Kent AD. Los patrones temporales en la composición de la comunidad bacteriana que utiliza glicolato se correlacionan con la dinámica de la población de fitoplancton en los lagos húmicos. Microbio Ecol. 2010;60:406–18.

Artículo PubMed Google Académico

Lau WWY, Keil RG, Armbrust EV. Sucesión y respuesta transcripcional diaria del componente de la comunidad bacteriana que utiliza glicolato durante una floración primaveral de fitoplancton. Aplicación Environ Microbiol. 2007;73:2440–50.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Leboulanger C, Oriol L, Jupin H, Desolas-gros C. Diel variabilidad del glicolato en el Océano Atlántico tropical oriental. Deep Sea Research Parte I: Documentos de investigación oceanográfica. 1997;44:2131–9.

Artículo CAS Google Académico

Lau WWY, Armbrust EV. Detección de la diversidad del gen glcD de la glicolato oxidasa entre bacterias marinas cultivadas y ambientales. Microbiol Ambiental. 2006;8:1688–702.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Wright RT, Shah NM. El papel trófico del ácido glicólico en el agua de mar costera. I. Metabolismo heterótrofo en agua de mar y cultivos bacterianos. Biología Marina. 1975; 33:175–83.

Artículo CAS Google Académico

Núñez MF, Kwon O, Wilson TH, Aguilar J, Baldoma L, Lin ECC. Transporte de -Lactato, -Lactato y Glicolato por los Transportadores de Membrana LldP y GlcA de Escherichia coli. Biochem Biophys Res Comun. 2002;290:824–9.

Artículo PubMed Google Académico

Becker JW, Hogle SL, Rosendo K, Chisholm SW. Co-cultivo y biogeografía de Prochlorococcus y SAR11. ISME J. 2019;13:1506–19.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Biller SJ, Schubotz F, Roggensack SE, Thompson AW, Summons RE, Chisholm SW. Vesículas bacterianas en ecosistemas marinos. Ciencia. 2014;343:183–6.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Biller SJ, Lundeen RA, Hmelo LR, Becker KW, Arellano AA, Dooley K, et al. Vesículas extracelulares de Prochlorococcus: composición molecular y adsorción a diversos microbios. Microbiol Ambiental. 2022;24:420–35.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Puckett S, Trujillo C, Wang Z, Eoh H, Ioerger TR, Krieger I, et al. La desintoxicación de glioxilato es una función esencial de la malato sintasa requerida para la asimilación de carbono en Mycobacterium tuberculosis. Proc Natl Acad Sci USA. 2017;114:E2225–E2232.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Savvi S, Warner DF, Kana BD, McKinney JD, Mizrahi V, Dawes SS. Caracterización funcional de una ruta de metilmalonilo dependiente de vitamina B12 en Mycobacterium tuberculosis: implicaciones para el metabolismo del propionato durante el crecimiento en ácidos grasos. J Bacteriol. 2008;190:3886–95.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Joven JN, Morel FMM. El cambio de CO2 en diatomeas. Cambio climático de la naturaleza. 2015;5:722–3.

Artículo Google Académico

Hennon GMM, Ashworth J, Groussman RD, Berthiaume C, Morales RL, Baliga NS, et al. Aclimatación de diatomeas a niveles elevados de CO2 a través de señalización de AMPc y expresión génica coordinada. Cambio climático de la naturaleza. 2015;5:761–5.

Artículo CAS Google Académico

Calfee BC, Glasgo LD, Zinser ER. El exudado de Prochlorococcus estimula la competencia de bacterias heterótrofas con el fitoplancton rival por disponible. Nitrógeno. 2022;13:14.

Google Académico

Annunziata MG, Ciarmiello LF, Woodrow P, Dell'Aversana E, Carillo P. Perfil espacial y temporal de la acumulación de glicina betaína en plantas bajo estrés abiótico. Ciencia de la planta frontal. 2019;10:230.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Liu J, Wisniewski M, Droby S, Vero S, Tian S, Hershkovitz V. La glicina betaína mejora la tolerancia al estrés oxidativo y la eficacia del biocontrol de la levadura antagonista Cystofilobasidium infirmominiatum. Int J Food Microbiol. 2011; 146:76–83.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Battesti A, Majdalani N, Gottesman S. La respuesta de estrés general mediada por RpoS en Escherichia coli. Annu Rev Microbiol. 2011;65:189–213.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gottesman S. Se avecinan problemas: vías de señalización que regulan las respuestas generales al estrés en las bacterias. J Biol Chem. 2019;294:11685–11700.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kabir MDS, Sagara T, Oshima T, Kawagoe Y, Mori H, Tsunedomi R, et al. Efectos de las mutaciones en el gen rpoS sobre la viabilidad celular y la expresión génica global bajo privación de nitrógeno en Escherichia coli. Microbiología. 2004;150:2543–53.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Braakman R, sigue a MJ, Chisholm SW. Evolución metabólica y autoorganización de los ecosistemas. Proc Natl Acad Sci USA. 2017;114:E3091–E3100.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

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Este trabajo fue apoyado por NSF Grants OCE-1851085 y OCE-1540158 a JJM, una beca de carrera temprana de la Fundación Simons a JJM y un premio NSF GRFP a MW. Agradecemos a Elizabeth Entwistle, Alexander Durrant e Irene Chiang por ayudar con el mantenimiento del cultivo, a James Kizziah y Terje Dokland por el trabajo crio-EM y a Sheann Haley y Sonya Dyhrman por preparar y secuenciar estas muestras.

Departamento de Biología de la Universidad de Alabama en Birmingham, 1300 University Blvd CH464, Birmingham, AL, 35294, EE. UU.

Marcelo Malisano Barreto Filho, Zhiying Lu, Melissa Walker y J. Jeffrey Morris

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Correspondencia a J. Jeffrey Morris.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Barreto Filho, MM, Lu, Z., Walker, M. et al. El contexto comunitario y la pCO2 impactan en el transcriptoma de la bacteria "auxiliar" Alteromonas en cocultivo con picocianobacterias. ISME COMÚN. 2, 113 (2022). https://doi.org/10.1038/s43705-022-00197-2

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Recibido: 27 de septiembre de 2022

Revisado: 25 de octubre de 2022

Aceptado: 31 de octubre de 2022

Publicado: 15 noviembre 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s43705-022-00197-2

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