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Jun 12, 2023

Um estudo comparativo revela a importância relativa das rodopsinas da bomba de prótons procarióticas e eucarióticas em um mar marginal subtropical

ISME Communications volume 3, Artigo número: 79 (2023) Cite este artigo 262 Acessos 4 Altmetric Metrics detalhes A rodopsina da bomba de prótons (PPR) em micróbios marinhos pode converter energia solar em

ISME Communications volume 3, Artigo número: 79 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A rodopsina da bomba de prótons (PPR) em micróbios marinhos pode converter energia solar em energia química biodisponível. Embora a PPR bacteriana tenha sido extensivamente estudada, as contrapartes em microeucariotas são menos exploradas e a importância relativa dos dois grupos é pouco compreendida. Aqui, sequenciamos metatranscriptomas de montagem completa e investigamos a diversidade e a dinâmica de expressão do PPR em eucariotos e procariotos microbianos em uma plataforma continental e um local de encosta no norte do Mar da China Meridional. Os dados mostraram que todo o conjunto de transcritos de PPRs foi dominado por Proteorrodopsinas e Xanthorrodopsinas, seguidas por proteínas semelhantes a Bacteriorhodopsina, com contribuição dominante de procariontes tanto no número quanto nos níveis de expressão de unigenes PPR, embora na estação do declive continental, microeucariotos e procariontes contribuíram de forma semelhante na transcrição abundância. Além disso, os PPRs eucarióticos são contribuídos principalmente por dinoflagelados e mostraram correlação significativa com as concentrações de nutrientes. Os PPRs que absorvem luz verde foram distribuídos principalmente em organismos >3 μm (incluindo microeucariotos e suas bactérias associadas), especialmente na camada superficial da estação de prateleira, enquanto os PPRs que absorvem luz azul dominaram as comunidades <3 μm (principalmente bacterianas) em ambos os estudos. locais, especialmente em camadas mais profundas na estação de encosta. Nosso estudo retrata um genótipo comparativo de PPR e uma paisagem de expressão para procariontes e eucariotos em um mar marginal subtropical, sugerindo o papel do PPR na diferenciação de nicho e adaptação entre micróbios marinhos.

As rodopsinas são agora conhecidas em todos os três domínios da vida. O mais conhecido é a rodopsina sensorial para visão em olhos de animais. Rodopsinas funcionalmente mais diversas ocorrem em organismos microbianos (rodopsinas microbianas) [1]. As descobertas iniciais de rodopsinas microbianas datam da década de 1970, quando as rodopsinas em Halobacterium halobium foram caracterizadas como bombas de prótons ou cloreto [2,3,4]. Após um período de repouso de duas décadas, o interesse nas rodopsinas microbianas foi reavivado pela descoberta das rodopsinas da bomba de prótons (PPRs), uma subfamília de rodopsinas microbianas, no clado SAR86 [5] e muitas outras bactérias na superfície do oceano. Os PPRs bombeiam prótons do citoplasma para fora da célula e criam um gradiente de prótons que tem a força para impulsionar a produção de ATP [6]. Foi amplamente relatado que essas rodopsinas que capturam fotoenergia ocorrem em 48% das partículas de pequeno tamanho (<0,8 μm) na zona fótica do oceano [7, 8] ou em 13-70% das bactérias que vivem na superfície do oceano [9, 10] . Sabe-se agora que eles estão abundantemente distribuídos globalmente, desde o sistema aquático (incluindo sistemas marinhos e de água doce) aos sistemas edáficos [11], dos trópicos [12] às regiões polares [13, 14], e taxonomicamente, de gigantes vírus e organismos eubacterianos [2, 14,15,16] a micróbios eucarióticos [17, 18].

A maioria das rodopsinas microbianas com bomba de prótons documentadas até agora são bombas de prótons externas, que funcionam para produzir ATP nas células, embora rodopsinas com bombas de prótons internas (isto é, xenorrodopsinas e esquizorodopsinas) também tenham sido relatadas [19,20,21]. Por essa razão e brevidade, o termo PPRs será usado daqui em diante para descrever rodopsinas microbianas que foram consideradas rodopsinas de bomba de prótons externas, o foco do presente estudo. Os PPRs encontrados até agora incluem proteorodopsinas (PRs) [22,23,24], bacteriorodopsinas (BRs) [25], xantorrodopsinas (XRs) [26, 27], exiguobacterium rodopsinas (ESRs) [28] e actinorrodopsinas (ActRs) [29 ]. Como mencionado acima, os PPRs podem hiperpolarizar o potencial de membrana, o que poderia sintetizar ATP para beneficiar os microrganismos que contêm PPR [30]. No entanto, o papel ecológico dos diversos PPRs não é completamente claro, embora estudos tenham mostrado geralmente que eles promovem o crescimento ou a sobrevivência dos seus micróbios transportadores em ambientes pobres em nutrientes [24, 31]. Nos dinoflagelados, os PPRs podem fornecer energia para apoiar o crescimento sob condições de alimentação ou de nutrientes ou de luz limitada [32, 33]. Nas diatomáceas, os PPRs foram implicados no enfrentamento da limitação de ferro [18].