Γονιδιωματική ανάλυση στελεχών κυανοβακτηρίων που συμβιούν με σπόγγους
Creators: name: Παρίσης, Ευθύμιος Ηλία
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Κυανοβακτήρια
Σπόγγοι
Γονιδίωμα
Cyanobacteria
Sponges
Genome

description: Παρόλο που το φύλο των Κυανοβακτηρίων αποτελεί σημαντικό μέρος του μικροβιώματος των σπόγγων, η ποικιλότητά τους κάτω του επιπέδου του φύλου δεν έχει αναλυθεί επαρκώς. Σε μια πρόσφατη έρευνα ένας σημαντικός αριθμός νέων ειδών κυανοβακτηρίων σχετιζόμενων με σπόγγους ανακαλύφθηκε στο Αιγαίο Πέλαγος. Το Aegeococcus (Synechococcales) είναι ένα νέο μονοφυλετικό γένος κυανοβακτηρίων, το οποίο μοιάζει με το γένος Synechococcus. Αυτό το νέο γένος παρουσιάζει μια μοναδική οικολογία, που φαίνεται να είναι σημαντικά συνδεδεμένη με τον τρόπο διαβίωσης των σπόγγων. Στελέχη του Aegeococcus anagnostidisii (TAU-MAC 0715 και TAU-MAC 0815) απομονώθηκαν από σπόγγους του είδους Axinella cannabina και Axinella damicornis αντίστοιχα, στην χερσόνησο της Χαλκιδικής. Στα δυο αυτά στελέχη αναγνωρίστηκαν γονίδια που εμπλέκονται στη μη ριβοσωμική πολυκετιδική σύνθεση (PKS), ενώ επιβεβαιώθηκαν και οι αντιμικροβιακές ιδιότητες του A. anagnostidisii TAU-MAC 0815 έναντι του Staphylococcus aureus. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η πρώτη προσπάθεια συναρμολόγησης του γονιδιώματος του A. anagnostidisii TAU-MAC 0815 μέσω της αλληλούχισης στελεχών σε αξενική καλλιέργεια, καθώς και τη γονιδιωματική σύγκριση με κυανοβακτήρια που ομοιάζουν με το γένος Synechococcus από διαφορετικά ενδιαιτήματα. Το A. anagnostidisii TAU-MAC 0815 δεν παρουσίασε γονιδιωματική σμίκρυνση, ένα χαρακτηριστικό που είναι ενδεικτικό για την υποχρεωτική σχέση συμβίωσης βακτηρίων με ξενιστές. Ωστόσο, γονίδια που κωδικοποιούν για πρωτεΐνες που έχουν ομοιότητες με ευκαρυωτικές πρωτεΐνες (ELPs – Eukaryotic-like Proteins) ήταν παρόντα που θεωρούνται να διαδραματίζουν μείζονα ρόλο στις αλληλεπιδράσεις σπόγγου-μικροβίου. Το A. anagnostidisii TAU-MAC 0815 έδειξε εμπλουτισμό γονιδίων που σχετίζονται με τον μεταβολισμό των αρωματικών ενώσεων και την παραγωγή καψικών και εξωκυτταρικών πολυσακχαριτών. Αυτές οι ενώσεις έχουν την ικανότητα να συνδράμουν στην καλή φυσική κατάσταση του ξενιστή μέσω μηχανισμών αποτοξίνωσης και ανταλλαγής θρεπτικών ουσιών. Επιπλέον, συντηρημένα γονίδια σχετικά με την απόκριση στο στρες και τη δέσμευση του CO2, ήταν παρόντα, τα οποία είχαν εκλείψει σε άλλα αντίστοιχα συμβιωτικά κυανοβακτήρια, υποδεικνύοντας έναν δυνητικά διπλό τρόπο ζωής που σχετίζεται με τον ξενιστή και τον ελεύθερο τρόπο διαβίωσης. Το A. anagnostidisii TAU-MAC 0815 περιείχε επίσης τις περισσότερες βιοσυνθετικές συστάδες γονιδίων που κωδικοποιούν για φυσικά προϊόντα όπως τερπένια, πολυκετιδικές συνθετάσες (PKS - Polyketide synthases) και πρωτεΐνες που μοιάζουν με ριβοσωματικά συντιθέμενα και μετα-μεταφραστικά τροποποιημένα πεπτίδια (RiPP - ribosomally synthesized and post-translationally modified peptide), από τα υπόλοιπα συγγενικά είδη που αναλύθηκαν. Η μελέτη του γονιδιώματος του Aegeococcus ρίχνει νέο φως στις αλληλεπιδράσεις σπόγγου-κυανοβακτηρίων, συμπεριλαμβανομένων βιοδραστηριοτήτων και συστάδων βιοσυνθετικών γονιδίων που αξίζουν περαιτέρω έρευνα.
description: Although cyanobacteria are frequently mentioned as important components of the sponge microbiome, their diversity below the phylum level is still underappreciated. A significant degree of taxonomic novelty has been discovered among sponge-associated strains recovered from the Aegean Sea in prior research. Aegeococcus (Synechococcales) is a novel monophyletic linage of Synechococcus-like cyanobacteria exhibiting a unique ecology with a sponge-dwelling lifestyle. Aegeococcus anagnostidisii (strains TAU-MAC 0715 and TAU-MAC 0815) and Aegeococcus thuretii TAU-MAC 2015 were isolated from the sponges Axinella cannabina, Axinella damicornis, and Stryphnus ponderosus, respectively in Chalkidiki Peninsula (Greece). PKS encoding genes were detected in all three strains, while A. anagnostidisii TAU-MAC 0815 was also confirmed to have antimicrobial properties against Staphylococcus aureus. Here, we introduce the first draft genome for A. anagnostidisii TAU-MAC 0815 from axenic cultures. Genomic comparison with other sponge-associated and free-living marine and freshwater Synechococcus-like cyanobacteria was performed. A. anagnostidisii TAU-MAC 0815 did not show signs of genome reduction which is indicative to obligate mutualism, though genes encoding for eukaryotic-like proteins (ELPs - Eukaryotic-like Proteins) which are thought to play a major role in sponge-microbe interactions like ankyrin repeats (ANKs), tetratricopeptide repeats (TPRs), and WD40 proteins were present. A. anagnostidisii TAU-MAC 0815 showed an enrichment of genes regarding aromatic compound metabolism and production of capsular and extracellular polysaccharides which may contribute to host fitness through detoxification mechanisms and nutrient exchange. Genes regarding stress response and CO2 fixation, which were depleted in other sponge symbionts were retained, indicating to a potentially dual host-associated and free-living lifestyle. A. anagnostidisii TAU-MAC 0815 harbored also the most biosynthetic gene clusters encoding novel natural products in our analysis, such as Terpenes, PKS (Polyketide synthases) proteins, and RiPP-like proteins (ribosomally synthesized and post-translationally modified peptide). The study of this newly acquired Aegeococcus genome sheds fresh light on sponge-cyanobacteria interactions, including bioactivities and biosynthetic gene clusters that merit further investigation.