الميكروبيوم المرجاني (البكتيريا والفطريات والفيروسات) هو مفتاح النجاة من تغير المناخ
بويرتو موريلوس ، المكسيك

موقع الدراسة في بويرتو موريلوس ، المكسيك (البحر الكاريبي) ، حيث جمع الباحثون Siderastrea Radians. الائتمان: سيرجيو جويندولين غارسيا

يستكشف الباحثون مساهمات البكتيريا التكافلية والطحالب في تحمل حرارة الشعاب المرجانية وتحديد الجينات المشاركة في الاستجابة للضغط.

تلعب الميكروبات في الشعاب المرجانية – التي تتكون من البكتيريا والفطريات والفيروسات – دورًا مهمًا في قدرة الشعاب المرجانية على تحمل ارتفاع درجات حرارة المحيط ، وفقًا لبحث جديد بقيادة ولاية بنسلفانيا. حدد الفريق أيضًا العديد من الجينات داخل بعض الشعاب المرجانية وطحالب التمثيل الضوئي التكافلية التي تعيش داخل أنسجتها والتي قد تلعب دورًا في استجابتها للإجهاد الحراري. يمكن للنتائج أن تفيد الجهود الحالية للحفاظ على الشعاب المرجانية ، على سبيل المثال ، من خلال تسليط الضوء على الفوائد المحتملة لتعديل الشعاب المرجانية بالميكروبات التي وجدت أنها تعزز استجابات الشعاب المرجانية للإجهاد الحراري.

قالت مونيكا ميدينا ، أستاذة علم الأحياء بولاية بنسلفانيا: “إن التعرض للحرارة لفترات طويلة يمكن أن يتسبب في” التبييض “حيث يتم التخلص من الطحالب التكافلية الضوئية (الطحالب التكافلية) من حيوان المرجان ، مما يتسبب في موت الحيوان”. لقد وجدنا أنه عندما تتعرض بعض الشعاب المرجانية للإجهاد الحراري ، يمكن أن تحميها الميكروبيوم من التبييض. بالإضافة إلى ذلك ، يمكننا الآن تحديد جينات معينة في حيوانات الشعاب المرجانية ومعايشتها الضوئية التي قد تكون متورطة في استجابة الإجهاد الحراري هذه.

Orbicella faveolata ، بويرتو موريلوس ، المكسيك

Orbicella faveolata ، بويرتو موريلوس ، المكسيك (البحر الكاريبي). الائتمان: مونيكا مدينا ، ولاية بنسلفانيا

لاحظت Viridiana Avila-Magaña ، وهي طالبة سابقة في ولاية بنسلفانيا وزميلة ما بعد الدكتوراه في جامعة كولورادو بولدر حاليًا ، “إن الدراسات السابقة حول الآليات الجزيئية الكامنة وراء تحمل الإجهاد الحراري للشعاب المرجانية تميل إلى التركيز على الحيوان فقط أو المعاش الضوئي ، لكننا نعلم الآن أن الهولوبيونت بأكمله – الحيوان المرجاني ، والميكروبيوم الضوئي ، والميكروبيوم – متورط في الاستجابة للتوتر “.

في دراستهم التي نُشرت اليوم (30 سبتمبر 2021) في اتصالات الطبيعة، ركز الباحثون على ثلاثة أنواع من المرجان – النجم المرجاني الجبلي (Orbicella faveolata) ، ومرجان الدماغ العقدي (Pseudodiploria clivosa) ومرجان المياه الضحلة (Siderastrea Radians) – والتي من المعروف أنها تختلف في حساسيتها للإجهاد الحراري. تم جمع كل نوع من الشعاب المرجانية بالقرب من بويرتو موريلوس بالمكسيك ، ويؤوي مجموعة فريدة من المتعايشات الضوئية والميكروبيوم. كان هدف الفريق هو التحقيق في الإسهامات الأيضية المتنوعة لكل من أعضاء الهولوبيونت في تحمل الإجهاد الكلي للشعاب المرجانية وتحديد الاختلافات في أنماط التعبير الجيني المتعلقة بأنشطة التمثيل الغذائي هذه.

سيدراستريا راديان ، بويرتو موريلوس ، المكسيك

سيدراستريا راديان ، بويرتو موريلوس ، المكسيك (البحر الكاريبي). الائتمان: مونيكا مدينا ، ولاية بنسلفانيا

أوضحت مدينة أن التمثيل الغذائي هو عملية تحويل الطعام إلى طاقة. وقالت إنه بالنسبة للشعاب المرجانية ، فإن هذه العملية مدفوعة بشكل كبير بالضوء الذي يوفر للحيوانات المرجانية ما لا يقل عن 90٪ من احتياجاتها من الطاقة ، من خلال عملية التمثيل الضوئي. ولكن حتى الآن ، لم تكن مساهمات الميكروبيومات مفهومة جيدًا.

قال ميدينا: “نحن نعلم أن الإجهاد الحراري الناتج عن تغير المناخ يمكن أن يعطل عملية التمثيل الغذائي للشعاب المرجانية ويؤدي إلى التبييض”. “لذلك ، من المهم فهم المساهمات المختلفة لأعضاء هولوبيونت وكيف تتغير هذه الأنشطة الأيضية في استجابة الإجهاد الحراري.”

أجرى الباحثون تجربة إجهاد حراري مضبوطة حيث حافظوا على الأنواع المرجانية الثلاثة في خزان لمدة تسعة أيام عند 93 درجة فهرنهايت (34 درجة مئوية) ، وهو 11 درجة (6 درجات مئوية) أكثر دفئًا من متوسط ​​درجة الحرارة التي يمر بها عادةً. هذه الشعاب المرجانية. قام العلماء بتسلسل RNA من هولوبيونات الشعاب المرجانية – بما في ذلك الحيوانات المرجانية ، والتعايشات الضوئية وأعضاء الميكروبيوم – بعد فترة تسعة أيام ومجموعة التحكم التي لم تتعرض للإجهاد الحراري ، بهدف اكتشاف التغيرات في التعبير الجيني التي تؤثر على الحرارة- استجابة الإجهاد من Holobiont. على وجه التحديد ، استخدموا بيانات التعبير الجيني لتقدير الأنشطة الأيضية لكل من أعضاء الهولوبيونت.

بعد ذلك ، استخدم الفريق نوعًا من تقنية ANOVA للتطور ، تسمى نموذج التباين والتطور ، لفحص التغييرات في التعبير الجيني المرتبط بالإجهاد الحراري الذي حدث على مر الزمن التطوري.

“بالتعاون مع البروفيسور روري رولفز من جامعة ولاية سان فرانسيسكو ، والذي شارك في تأليف هذه الدراسة ، طورنا طريقة تستند إلى ANOVA للتطور والتي سمحت لنا بتتبع الجينات التي تباعدت بالفعل في التعبير عبر الأنواع استجابةً لأي منبهات معينة – في حالتنا الإجهاد الحراري “، قالت Viridiana Avila-Magaña. “يصبح هذا النهج وثيق الصلة بشكل خاص بأبحاث الشعاب المرجانية نظرًا للمناقشات الأخيرة حول الإمكانات التكيفية لمختلف الهولوبيونات المرجانية في ظل تهديدات تغير المناخ. مع وضع هذا النهج في الاعتبار ، تمكنا من فهم سبب تمتع الشعاب المرجانية المختلفة باستجابات فسيولوجية فريدة للإجهاد الحراري ، وكيف شكّل تطور التعبير الجيني حساسياتهم المختلفة. “

أوضحت أفيلا ماغانا أن الشعاب المرجانية شهدت نوبات من درجات الحرارة المرتفعة خلال الزمن التطوري ، ويمكن أن يساعد فهم كيفية تطور التعبير الجيني استجابةً لتلك الأحداث على استجابات الشعاب المرجانية لأحداث الاحترار الحالية والمستقبلية.

وقالت: “كان هدفنا من هذا البحث هو تحديد ما إذا كانت هناك ابتكارات خاصة بالنسب لتسخين الإجهاد في الشعاب المرجانية وطحالبها الضوئية ، وكذلك ما إذا كان جميع الأعضاء ، بما في ذلك المجتمعات البكتيرية ، يساهمون بشكل مختلف في قوة الهولوبيونت”.

كشفت بيانات التعبير الجيني أن الهولوبيونات المرجانية الثلاثة تختلف بالفعل في استجاباتها وقدراتها الأيضية تحت ضغط درجات الحرارة المرتفعة. وجد الفريق أيضًا أن أعضاء كل هولوبيونت لديهم استجابات فريدة أثرت على قدرة هولوبيونت الكلية على التعامل مع الإجهاد الحراري.

قال ميدينا: “لقد اكتشفنا المزيد من الجينات المرتبطة باستجابة الإجهاد الحراري في الهولوبيونات المرجانية مقارنة بالدراسات السابقة ، كما أظهرنا أن التغييرات في التعبير عن هذه الجينات نشأت خلال الزمن التطوري”.

ومن المثير للاهتمام ، أن العلماء خلصوا إلى أن التحمل الحراري الأكبر الذي لوحظ في بعض الهولوبيونات المرجانية ، مثل الشعاب المرجانية النجمية ، قد يرجع جزئيًا إلى عدد وتنوع أكبر من الميكروبات المقاومة للحرارة في ميكروباتها ، مما يوفر التكرار في المسارات الأيضية الرئيسية التي تحمي من الإجهاد الحراري.

قال أفيلا ماغانا: “لقد وجدنا أن بعض الشعاب المرجانية تحتوي على ميكروبيوم مستقر ومتنوع يترجم إلى مجموعة واسعة من القدرات الأيضية التي أظهرنا أنها تظل نشطة أثناء التحدي الحراري”. “على النقيض من ذلك ، وجدنا أن الأنواع الأقل تحملاً للحرارة قد قللت من النشاط البكتيري والتنوع.”

وأشار مدينا إلى أن النتائج تؤكد على أهمية النهج المقارنة عبر مجموعة واسعة من الأنواع لفهم أفضل للاستجابات المتنوعة للشعاب المرجانية لزيادة درجات حرارة سطح البحر.

قال Medina و Avila-Magaña: “تأثرت الشعاب المرجانية بشدة بتغير المناخ ، وتمثل الأساليب التي طورناها في دراستنا أداة ممتازة للعلماء الذين يحاولون فهم الإمكانات التكيفية للمجموعات والأنواع.”

المرجع: “توضيح تكيف التعبير الجيني عن الهولوبيونات المرجانية المتباينة نسبيًا تحت الضغط الحراري” بقلم فيريديانا أفيلا ماغانا وبيشوي كامل ومايكل ديسالفو وكيلي غوميز كامبو وسوزانا إنريكيز وهيرواكي كيتانو وروري ف. المدينة المنورة ، 30 سبتمبر 2021 ، اتصالات الطبيعة.
DOI: 10.1038 / s41467-021-25950-4

المؤلفون الآخرون في الورقة هم سوزانا إنريكيز ، أستاذة جامعة Nacional Autónoma de México ؛ بيشوي كامل ، أستاذ مساعد باحث في علم الأحياء ، جامعة نيو مكسيكو ومعهد الجينوم المشترك ، مايكل ديسالفو ، جامعة كاليفورنيا ميرسيد ؛ روبرتو إغليسياس برييتو ، أستاذ علم الأحياء ، ولاية بنسلفانيا ؛ كيلي جوميز كامبو ، طالبة دراسات عليا في علم الأحياء ، ولاية بنسلفانيا ؛ هيرواكي كيتانو ، أستاذ ، معهد بيولوجيا الأنظمة اليابان ؛ وروري رولفس ، أستاذ مساعد في علم الأحياء ، جامعة ولاية سان فرانسيسكو.

دعمت المؤسسة الوطنية للعلوم ومعهد الجينوم المشترك (وزارة الطاقة) هذا البحث.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *