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공생 와편모충이 산호 숙주에게 먹이를 줄 수 있는 후보 수송체

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공생 와편모충이 산호 숙주에게 먹이를 줄 수 있는 후보 수송체

ISME 커뮤니케이션 3권,

ISME 커뮤니케이션 3권, 기사 번호: 7(2023) 이 기사 인용

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산호와 와편모조류(dinoflagellate algae) 사이의 공생 파트너십은 산호초에 매우 중요합니다. 산호는 조류 공생체에게 피난처, 이산화탄소 및 질소를 제공합니다. 그 대가로 공생 조류는 숙주 동물에게 포도당 형태의 고정 탄소를 공급합니다. 그러나 포도당이 조류 공생체에서 동물 숙주로 어떻게 전달되는지는 알려져 있지 않습니다. 우리는 와편모충 세포막에 상주하는 수송체가 주변 숙주 동물 조직으로 포도당의 외부 전달을 촉진할 것이라고 추론했습니다. 우리는 SWEET(설탕은 결국 수출 수송체가 됨)로 알려진 유비쿼터스 촉진 설탕 유니포터 계열에 속하는 자포 공생체 dinoflagellate Breviolum minutum에서 후보 수송체를 식별했습니다. 이전의 유전자 발현 분석에서는 자유 생활 상태와 비교하여 조류가 자포동물 숙주에서 공생적으로 생활할 때 BmSWEET1이 상향 조절되는 것으로 나타났습니다[1, 2]. 우리는 와편모충 세포막에서 BmSWEET1을 국소화하기 위해 면역형광 현미경을 사용했습니다. 효모 대리 수송 시스템의 기질 선호도 분석은 BmSWEET1이 포도당을 수송한다는 것을 보여주었습니다. 정량적 현미경 검사법에 따르면 공생 B. minutum 세포는 동일한 균주의 자유 생활 세포보다 훨씬 더 많은 BmSWEET1 단백질을 가지고 있으며 이는 공생 중 수출과 일치하지만 자유 생활 플랑크톤 단계에서는 그렇지 않은 것으로 나타났습니다. 따라서 BmSWEET1은 적시에 적절한 장소에 있으며 공생 와편모조류 조류가 동물 숙주에게 먹이를 주어 산호초에 전력을 공급하는 수송체가 될 수 있는 적절한 기질을 가지고 있습니다.

공생은 컨소시엄으로서 환경 선택 문제를 해결하기 위해 별도의 종의 기술 세트를 결합하는 강력한 진화 전략입니다. 산호초의 경우 파트너십을 통해 영양분이 부족한 수역에서 풍부한 성장이 가능하며, 그렇지 않은 경우에는 바이오매스가 거의 지원되지 않습니다[3]. 산호초 공생은 매우 성공적입니다. 산호초는 해양 환경의 0.1%만을 차지하지만 해양 다양성의 33% 이상을 지원합니다[4].

산호의 공생 조류는 CO2와 빛 에너지를 사용하여 광합성을 통해 당을 생산합니다. 설탕은 산호에 공급되며 이러한 공생적 '통화 이동'[5]은 대부분의 산호가 탄산칼슘을 축적하여 암초를 형성하는 능력을 뒷받침합니다[3]. 차례로 산호 숙주는 조류 공생체에게 은신처, CO2 및 귀중한 질소를 제공합니다. 광합성으로 고정된 탄소가 공생체에서 숙주로 이동하는 것은 60여년 전에 Muscatine과 Hand에 의해 입증되었으며 [6] 공생체는 산호가 사용하는 에너지의 90%를 제공합니다 [3]. 숙주에서 제거된 공생체를 사용한 초기 연구에서는 글리세롤이 주요 수출품임을 나타냈습니다[7]. 그러나 손상되지 않은 파트너십을 사용한 최근 연구에 따르면 포도당이 주요 수출품이며 공생체에 의한 글리세롤 방출은 숙주로부터 분리하여 유도된 인공물이거나 [8,9,10] 삼투질로서 공생체 액포로 운반될 수 있음을 시사합니다. 11]. 따라서 우리는 어떤 형태의 광합성이 전달되는지, 얼마나 많은 전달이 일어나는지 알고 있지만 본질적으로 전달이 어떻게 일어나는지는 전혀 모릅니다.

전달된 광합성 산물은 최소한 두 개의 막을 통과해야 합니다: 조류 세포막; 그리고 소위 공생체(symbiosome), 즉 숙주가 공생체를 식세포로 흡수하는 동안 생성되는 액포와 같은 막입니다[12]. 포도당이 막 투과성이 없다는 점을 고려하면 아마도 포도당을 바깥쪽으로 이동시키는 수송체가 한쪽 또는 두 막 모두에 있을 것입니다. 우리는 적어도 하나의 수송체가 공생체 세포막에 있을 것이며 병원에서 주로 활동할 것이라고 가정합니다. 수송체를 식별하기 위해 우리는 이전에 산호와 말미잘의 와편모충 공생체인 Breviolum minutum[1]의 자유 생활 및 공생 세포에서 유전자 발현을 비교했습니다[13]. 몇몇 수송체는 병원에서 고조된 표현을 보였으며 [1], BmSWEET1이라고 불리는 하나는 여기서 더 특징이 있습니다.

100 cells (n) and depicted as box/whisker plots. G Fluorescence intensity in the free-living cells. H Fluorescence intensity of the in hospite cells. I, J Background fluorescence intensity was quantified in equivalent numbers of cells prepared similarly but without the primary antiserum and is marginally less than was measured for free-living cells labelled with the primary antibody (compare G)./p>100 cells were quantified for each treatment (Fig. 4G–J). Baseline/background labelling was established by omitting the primary BmSWEET1 antiserum (Fig. 4I, J). Quantitation shows that the algae have significantly more BmSWEET1 protein in hospite (Fig. 4H) than they do whilst free-living (Fig. 4G). To control for differential accessibility of antibodies to the free-living cells versus the freshly isolated symbiotic cells, we measured cell wall thicknesses, which showed that the median wall thickness did not differ in the two groups (Fig. S2). The symbiotic dinoflagellates exist at lower light intensity (15 μmol m−2 s−1 photons) than their free living, in vitro cultured counterparts (60 μmol m−2 s−1 photons, see Materials & Methods). To control that light intensity was not affecting the amount of BmSWEET1 protein, we performed immunofluorescence on two cultures: one grown at 60 μmol m−2 s−1 photons, and another at 15 μmol m−2 s−1 photons. No significant difference in BmSWEET1 immunofluorescence labelling was observed at different light intensities in vitro (Fig. S3)./p>