Микробиом морского фитопланктона определяется генотипом хозяев

Водоросли, входящие в состав морского фитопланктона, нередко вступают в симбиотические отношения с бактериями. Бактерии получают от своих хозяев специфические вещества, а взамен снабжают хозяев соединениями, необходимыми для их роста. Как показало новое исследование, опубликованное в PNAS, микробиом морского планктона зависит от генотипа водорослей-хозяев, а не от условий окружающей среды.

Авторы изучали микробиом широко распространенной морской водоросли Thalassiosira rotula из группы хромистов. Эта водоросль характеризуется большим генетическим и фенотипическим разнообразием. Для анализа ученые взяли 81 природный образец водоросли из восьми популяций в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах. Из промытых клеток выделили ДНК, генотипировали изоляты водоросли, а также амплифицировали и секвенировали регион V3-V4 бактериальных генов 16S рРНК, чтобы изучить видовое разнообразие.

Оказалось, что видов бактерий, которые вступали бы в симбиотические отношения с Thalassiosira rotula во всех популяциях, нет. В то же время некоторые факторы окружающей среды, такие как температура поверхностного слоя воды, влияли и на генетическое разнообразие Thalassiosira rotula в образце, и на видовое разнообразие микробиомов водоросли. Ученые предположили, что два фактора коллинеарны друг другу, то есть разнообразие симбиотических бактерий обусловлено генетическим разнообразием водоросли-хозяина.

Чтобы оценить вклад генотипа водоросли из разных популяций в разнообразие симбиотических бактерий, авторы работы провели эксперименты по схеме «common garden», в ходе которого выращивали генетически различающиеся изоляты Thalassiosira rotula в одинаковых условиях. Микробиомы водорослей, выращенных в условиях эксперимента common garden, и водорослей из природных образцов принципиально не различались. Оказалось, что различия в составе микробиомов у генетически разных водорослей проявляются даже на уровне классов бактерий. Чем ближе генетически были водоросли, тем больше сходства наблюдалось в составе их микробиомов, поэтому наиболее близкими по составу они были у клеток из одной популяции. Тем не менее определенные различия наблюдались и у микробиомов водорослей из одной популяции, и даже у различных культур водоросли, идентичных генетически.

Авторы исследования заключили, что важнейший фактор, определяющий состав микробиома водорослей, — прежде всего генотип водоросли-хозяина, хотя нельзя отрицать и эффект стохастических факторов. Взаимодействие между морским фитопланктоном и его бактериями может оказывать значительное влияние на функции экосистемы и биогеохимический цикл, в том числе на темпы первичной продукции, агрегацию фитопланктона, экспорт органического углерода и круговорот питательных веществ