주요 산호초 1차 생산자의 미생물군집과 대사체는 해양 공생에서 면역지질의 잠재적인 역할을 보여줍니다.

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 896(2023) 이 기사 인용

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산호초 생태계의 지배적인 저서생물 1차 생산자는 다양한 미생물군집과 대사체를 지닌 복잡한 홀로비온트입니다. 이 연구에서 우리는 단일 산호초 시스템(하와이 오아후의 와이메아 베이)에 대한 집중적이고 반복적인 종관 조사를 통해 산호, 거대조류 및 딱지 산호조류의 조직 대사체 및 미생물군집을 특성화하고 이러한 결과를 사용하여 미생물 간의 연관성을 정의합니다. 다양한 숙주에 특정한 분류군 및 대사산물. 우리의 결과는 문과 속 수준 모두에서 조직 대사체와 미생물 군집의 숙주 특이성의 정도를 정량화하고 제한합니다. 미생물 군집과 대사체는 모두 석회화제(산호와 CCA)와 직립 거대조류 사이에서 구별되었습니다. 또한, 우리의 다중 오믹스 조사는 숙주 유기체 전반에 걸친 일반적인 지질 기반 면역 반응 경로를 강조합니다. 또한, 우리는 여러 특정 미생물 분류군과 대사산물 클래스 사이에서 강한 공변이를 관찰하여 더 자세히 탐구해야 할 공생의 새로운 대사 역할을 제안했습니다.

얕은 열대 서식지의 산호초 저서 군집은 자웅동체 암초 산호(Scleractinia목의 Cnidaria), 딱딱한 산호조류(CCA, Corallinales목의 Rhodophyta) 및 다양한 유형의 대형 조류의 세 가지 주요 생산자에 의해 지배됩니다. 산호초의 일차 생산성 대부분의 원천 역할을 하는 것 외에도 이러한 일차 생산자들은 석회화 및 용해를 통해 산호초 증가를 함께 제어하고 생물 다양성에 중요한 서식지와 산호초 구조를 결정합니다3,4,5. 저서 집합체의 화학적 생태학은 산호와 조류 사이의 타감작용 상호 작용6,7, 용존 유기물 삼출물의 구성 및 생물학적 이용 가능성8,9,10,11,12,13, 화학적 산호 홀로비온트12,14,15 내의 공생에 필요한 통신 및 산호 및 기타 무척추 동물16에 대한 주요 유충 정착 신호 역할을 하는 CCA 및/또는 미생물 컨소시엄에 의해 생성된 신호 화합물. 이들은 함께 산호초에 있는 다양한 미생물 분류군의 숙주 역할을 하며, 여기에는 시아노박테리아와 같은 중요한 1차 생산자와 용해된 유기물을 재활용할 수 있는 종속 영양 박테리아와 같은 소비자가 모두 포함됩니다.

비표적 대사체학의 현재 방법은 수백에서 수천 개의 샘플18에서 알려지거나 알려지지 않은 수천 개의 화합물에 대한 신속한 분석을 촉진했으며, 이를 통해 비교 대사체학을 통해 유기체의 화학적 생태가 종에 따라 어떻게 다른지 조사할 수 있습니다. 종 간에 공유되거나 구별되는 화합물 클래스를 식별하는 것은 생태계 내 및 생태계 전반에서 이러한 화합물의 진화와 기능을 이해하는 첫 번째 단계입니다. 더욱이, "건강한" 유기체의 화학적 환경을 제한하고 맥락화하는 것은 스트레스나 질병의 징후에 대해 유기체를 화학적으로 조사하기 위한 기준선을 개발하는 데 중요합니다20,21,22. 생태계 기능에 중요한 유기체(예: 생태계 엔지니어)의 대사체를 비교하는 것은 생태계 및 탄력성 기반 관리의 중요한 구성 요소가 될 준비가 되어 있습니다23,24. 비교 대사체학은 산호초와 같은 중요한 해양 서식지의 생지화학 및 기능을 제어하는 화학적 누화를 정의하고 특성화하는 데 도움이 됩니다.

거대 유기체의 기능성 유전자의 가장 큰 다양성은 미생물군집에서 발견됩니다. 이는 모든 식물과 동물의 조직과 표면에 서식하는 공생 단세포 진핵생물, 박테리아, 고세균 및 바이러스의 집합입니다25. 미생물 군집 구조를 서로 다른 상호 작용 유기체의 대사 산물 구성과 연결하면 생태계에서 대사 산물의 출처와 역학을 밝힐 수 있습니다26. 주어진 화합물이나 대사산물이 특정 미생물 집단이나 특정 숙주와 연관되어 있는지 여부는 미생물 과정이 중요한 복잡한 시스템의 공생 관계를 이해하는 데 도움이 됩니다. 홀로비온트의 경우, 대사산물은 숙주와 미생물 모두의 얽힌 생화학적 과정에 의해 공동 생산됩니다. 비표적 대사체학은 생물학적 대사를 구성하는 다양한 화합물에 대한 추가 주석을 달고 이해하려고 노력하므로, 미생물이나 숙주 내에서 특성화되지 않은 화합물의 정의된 모든 연관성은 생화학적 생태학에 대한 우리의 이해를 향상시킵니다.

2 standard deviations above the mean). In addition, 1160 features differed significantly in relative abundance among the three primary producer types based on LM (FDR-adjusted p < 0.001 and mean centered log-ratio in a sample type > 1). Based on our criteria, RF selected a more conservative subset of features associated with the different primary producer types compared to LM. However, almost all of the RF selected features (124 out of 128) were also significantly differentially abundant in sample types as tested by LM. Variable importance in RF was used to identify a smaller set of ion features that were predictive of primary producer type, while the LM analysis highlighted a broader set of differentially abundant features across primary producer types./p>0.7). Nodes are labeled by the precursor mass of each feature. Pie charts in each node indicate the relative abundance of metabolites in each benthic primary producer (CCA, coral, and macroalgae). Node sizes are relative to the summed peak areas of the precursor ion in MS1 scans. Information regarding the significance of each feature in Random Forest (RF) and Linear Model (LM) algorithms are shown. Structures represent level 2 annotations (according to the 2007 metabolomics standards initiative47) of the primary producer associated features based on the library matches and molecular formula confirmation. a–e Molecular families are classified as (a) lipids, (b) terpenoids, (c) purine nucleosides, (d) phthalates, and (e) chlorophyll. The structures show the spectral library matches, and the compounds present in the samples could be their isomers./p>2%) exhibiting significant differences in mean relative abundance among coral, CCA and macroalgae tissue samples. At right is the distribution of relative abundance among the 93 samples for each Family./p>

15,000 reads per sample./p>