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Jun 12, 2023

Une étude comparative révèle l'importance relative des rhodopsines pompes à protons procaryotes et eucaryotes dans une mer marginale subtropicale

ISME Communications volume 3, Numéro d'article : 79 (2023) Citer cet article 262 Accès 4 Détails Altmetric Metrics La rhodopsine à pompe à protons (PPR) dans les microbes marins peut convertir l'énergie solaire en

ISME Communications volume 3, Numéro d'article : 79 (2023) Citer cet article

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La rhodopsine pompe à protons (PPR) présente dans les microbes marins peut convertir l'énergie solaire en énergie chimique biodisponible. Alors que la PPR bactérienne a été largement étudiée, ses homologues chez les microeucaryotes sont moins explorées et l'importance relative des deux groupes est mal comprise. Ici, nous avons séquencé des métatranscriptomes d'assemblage entier et étudié la diversité et la dynamique d'expression de la PPR chez les eucaryotes et les procaryotes microbiens sur un plateau continental et un site de pente dans le nord de la mer de Chine méridionale. Les données ont montré que l'ensemble du pool de transcription des PPR était dominé par les protéorhodopsines et les xanthorhodopsines, suivies par les protéines de type bactériorhodopsine, contribuées de manière dominante par les procaryotes à la fois dans le nombre et les niveaux d'expression des unigenes de la PPR, bien qu'à la station du talus continental, les microeucaryotes et les procaryotes aient contribué de la même manière à la transcription. abondance. De plus, les PPR eucaryotes proviennent principalement des dinoflagellés et ont montré une corrélation significative avec les concentrations de nutriments. Les PPR absorbant la lumière verte étaient principalement distribués dans les organismes > 3 μm (y compris les microeucaryotes et leurs bactéries associées), en particulier dans la couche superficielle de la station du plateau, tandis que les PPR absorbant la lumière bleue dominaient les communautés < 3 μm (principalement bactériennes) dans les deux études. sites, en particulier dans les couches plus profondes de la station de pente. Notre étude dresse un portrait comparatif du génotype et de l'expression de la PPR chez les procaryotes et les eucaryotes dans une mer marginale subtropicale, suggérant le rôle de la PPR dans la différenciation des niches et l'adaptation des microbes marins.

Les rhodopsines sont désormais connues dans les trois domaines de la vie. La plus connue est la rhodopsine sensorielle pour la vision dans les yeux des animaux. Des rhodopsines plus diversifiées sur le plan fonctionnel sont présentes dans les organismes microbiens (rhodopsines microbiennes) [1]. Les premières découvertes de rhodopsines microbiennes remontent aux années 1970, lorsque les rhodopsines de Halobacterium halobium étaient caractérisées comme des pompes à protons ou à chlorures [2,3,4]. Après une période de repos de deux décennies, l’intérêt pour les rhodopsines microbiennes a été ravivé par la découverte des rhodopsines à pompe à protons (PPR), une sous-famille de rhodopsines microbiennes, dans le clade SAR86 [5] et de nombreuses autres bactéries présentes à la surface des océans. Les PPR pompent les protons du cytoplasme de manière extracellulaire et créent un gradient de protons qui a la force de stimuler la production d'ATP [6]. Il a été largement rapporté que ces rhodopsines capturant la photoénergie se trouvent dans 48 % des particules de petite taille (<0,8 μm) dans la zone photique de l'océan [7, 8] ou dans 13 à 70 % des bactéries vivant à la surface de l'océan [9, 10] . On sait maintenant qu'ils sont abondamment répartis à l'échelle mondiale, du système aquatique (y compris les systèmes marins et d'eau douce) aux systèmes édaphiques [11], des tropiques [12] aux régions polaires [13, 14], et sur le plan taxonomique, des régions géantes. virus et organismes eubactériens [2, 14,15,16] aux microbes eucaryotes [17, 18].

La plupart des rhodopsines microbiennes pompes à protons documentées jusqu'à présent sont des pompes à protons vers l'extérieur, qui fonctionnent pour produire de l'ATP dans les cellules, bien que des rhodopsines pompes à protons vers l'intérieur (c'est-à-dire les xénorhodopsines et les schizorhodopsines) aient également été rapportées (19, 20, 21). Pour cette raison et pour cette brièveté, le terme PPR sera utilisé à partir de maintenant pour décrire les rhodopsines microbiennes qui se sont révélées être des rhodopsines de pompe à protons vers l'extérieur, objet de la présente étude. Les PPR trouvées jusqu'à présent comprennent les protéorhodopsines (PR) [22, 23, 24], les bactériorhodopsines (BR) [25], les xanthorhodopsines (XR) [26, 27], les rhodopsines d'exiguobacterium (ESR) [28] et les actinorhodopsines (ActR) [29 ]. Comme mentionné ci-dessus, les PPR peuvent hyperpolariser le potentiel membranaire, ce qui pourrait synthétiser de l'ATP au profit des micro-organismes contenant la PPR (30). Cependant, le rôle écologique des diverses PPR n’est pas tout à fait clair, même si les études ont généralement montré qu’elles favorisaient la croissance ou la survie de leurs microbes porteurs dans des environnements pauvres en nutriments [24, 31]. Chez les dinoflagellés, les PPR peuvent fournir de l'énergie pour soutenir la croissance dans des conditions limitées en nourriture ou en nutriments ou en lumière (32, 33). Chez les diatomées, les PPR ont été impliquées dans la gestion de la limitation en fer (18).