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Oct 11, 2023

Le riserve di lipidi rivelano lo stato del corallo

ISME Communications volume 3,

Comunicazioni ISME volume 3, articolo numero: 29 (2023) Citare questo articolo

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Le barriere coralline di tutto il mondo sono minacciate dallo stress ambientale. L'osservabile declino della copertura corallina è dovuto principalmente all'intensificarsi della rottura della simbiosi corallina, un processo noto come "sbiancamento". La sovrapproduzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) è considerata un fattore chiave dello sbiancamento dei coralli, dove lo stress ambientale porta ad una maggiore espressione di ROS. Per esplorare il legame tra danno ai ROS e stato simbionte, abbiamo misurato la perossidazione lipidica (LPO), una forma onnipresente di danno ai ROS, nelle riserve lipidiche delle singole cellule algali endo- ed ex-simbiotiche di tre specie di coralli, utilizzando la microscopia confocale e un Colorante fluorescente sensibile all'idroperossido lipidico. Abbiamo scoperto che la LPO era più alta negli endosimbionti, mentre il volume dei lipidi era maggiore nelle cellule ex-simbiotiche. L'analisi dei cluster ha rivelato tre profili metabolici che differenziano le cellule endosimbiotiche (n. 1: alto LPO, basso contenuto di lipidi) e le cellule ex-simbiotiche (n. 3: basso LPO, alto contenuto di lipidi), con il gruppo intermedio (n. 2) contenente entrambi i tipi di cellule. Lo stress da calore ha causato l'allontanamento degli endosimbionti di Pocillopora acuta dal cluster n. 1, suggerendo che questo cluster rappresenta cellule in simbiosi sana/stabile. Il nostro studio fornisce un nuovo mezzo per valutare la simbiosi dei coralli, dimostrando che il rapporto LPO del simbionte combinato con il volume di deposito dei lipidi è un robusto indicatore metabolico per lo stato della simbiosi a livello cellulare.

I coralli sclerattinici costituiscono la base delle barriere coralline e devono il loro successo ecologico alla loro interazione con alghe simbiotiche unicellulari [1] appartenenti alla famiglia delle Symbiodiniaceae [2]. La relazione intracellulare tra l’alga e il suo ospite ha permesso ai coralli di prosperare nelle acque povere di nutrienti dei tropici per oltre 200 milioni di anni [3]. In simbiosi, l'ospite cnidario fornisce all'alga una quantità ridotta di azoto e altri nutrienti derivati ​​dal suo stile di vita eterotrofico, mentre l'algale simbionte supporta il metabolismo degli ospiti fornendo carbonio prodotto fotosinteticamente [4,5,6]. A causa della complessità di questa relazione e, fino a tempi recenti [7], dell'impossibilità di eseguire esperimenti in vitro su singole unità simbiotiche funzionali (cioè cellule ospiti intatte con endosimbionti), la nostra conoscenza sui meccanismi cellulari fondamentali che sostengono le interazioni simbiotiche, tra cui mancano ancora i meccanismi alla base dell’espulsione selettiva dei simbionti algali (avviata dall’ospite o dal simbionte) dal tessuto ospite [1, 8].

Come parte di un meccanismo di regolamentazione del rapporto costi-benefici [9], i coralli controllano la densità dei simbionti nel tessuto limitando il loro tasso di crescita, possibilmente attraverso la limitazione dell’azoto [10], e digerendo o espellendo le cellule simbionti in eccesso mentre crescono e si dividono [9] 1, 11]. Tuttavia, l'espulsione dei simbionti può verificarsi anche in risposta a condizioni sfavorevoli che causano instabilità metabolica all'interno del simbionte, dell'ospite o di entrambi i partner. Ciò è evidente dalla moltitudine di perturbazioni ambientali che aumentano il tasso di espulsione, comprese temperature basse [12] o alte e/o luce elevata [13,14,15], oscurità [16], maggiore disponibilità di carbonio organico disciolto come come glucosio [17], limitazione di fosfato [18] e ridotta salinità [19]. L'eccessiva perdita di simbionti e del loro pigmento fotosintetico dal tessuto corallino, un processo noto come "sbiancamento", è spesso fatale per il corallo poiché non può sostenere il proprio metabolismo senza ricevere l'energia prodotta dalle sue alghe simbiotiche. Negli ultimi decenni, lo sbiancamento indotto dalle alte temperature è diventato uno dei principali fattori di declino della salute e dell’estensione delle barriere coralline in tutto il mondo [20]. Nonostante la conoscenza consolidata dei fattori ambientali che avviano lo sbiancamento, si sa poco sull’innesco cellulare del deterioramento della simbiosi dei coralli, né da quale partner abbia origine l’innesco.