大気圧下での水槽適応期における鰓微生物群集のメタトランスクリプトームプロファイル

Metatranscriptomics profile of the gill microbial community during aquarium acclimatization at atmospheric pressure.

• Inês Barros
• Hugo Froufe
• George Marnellos
• Conceição Egas
• Jennifer Delaney
• Michele Clamp
• Ricardo Serrão Santos
• Raul Bettencourt

抄録

研究の背景:

深海イガイ（Bivalvia: Mytilidae）は、中大西洋海嶺（MAR）の熱水噴出孔メネス・グウェンに生息する主要なマクロファウナである。このような厳しい環境下での適応的な成功は、化学合成細菌との共生によるものである。本研究では、海面環境に適応したベントムール貝の応答を、宿主と共生細菌に関連するRNA転写物の相対的な量を評価することで調べ、ベントが行われていない仮想的な環境下で、鰓のマイクロバイオームがベントムール貝の宿主と共生細菌の相互作用をどのように駆動しているかをよりよく理解することを目的とした。

Background: The deep-sea mussels (Bivalvia: Mytilidae) are the dominant macrofauna subsisting at the hydrothermal vents site Menez Gwen in the Mid-Atlantic Ridge (MAR). Their adaptive success in such challenging environments is largely due to their gill symbiotic association with chemosynthetic bacteria. We examined the response of vent mussels as they adapt to sea-level environmental conditions, through an assessment of the relative abundance of host-symbiont related RNA transcripts to better understand how the gill microbiome may drive host-symbiont interactions in vent mussels during hypothetical venting inactivity.

結果:

5 週間の順化実験で採取した鰓組織から Next-Generation-Sequencing を用いてメタトランスクリプトームのシークエンシングを行った。イルミナシーケンシングの結果、1サンプルあたり平均16,544,115リード、150bpのペアエンドリードが合計181,985,262リード生成された。メタトランスクリプトーム解析により、水族館での実験的な順化が全体的な鰓のトランスクリプトの変動を占めていることが確認された。さらに、16S および 18S rRNA の配列データを解析した結果、実験的な順化下ではストレス応答やエネルギー代謝に関連する鰓内共生体やシグナル伝達経路が徐々に失われていくことも含め、宿主と共生体の相互作用を包括的に評価することができた。また、優勢な活性転写物は、以下のKEGGカテゴリーに分類された。"本研究では、リボソーム、酸化的リン酸化、シャペロン、フォールディング触媒などのKEGGカテゴリに分類された転写物を用いて、ストレス応答やエネルギー代謝に関連した情報伝達経路を明らかにした。

Results: The metatranscriptome of was sequenced from gill tissues sampled at different time-points during a five-week acclimatization experiment, using Next-Generation-Sequencing. After Illumina sequencing, a total of 181,985,262 paired-end reads of 150 bp were generated with an average of 16,544,115 read per sample. Metatranscriptome analysis confirmed that experimental acclimatization in aquaria accounted for global gill transcript variation. Additionally, the analysis of 16S and 18S rRNA sequences data allowed for a comprehensive characterization of host-symbiont interactions, which included the gradual loss of gill endosymbionts and signaling pathways, associated with stress responses and energy metabolism, under experimental acclimatization. Dominant active transcripts were assigned to the following KEGG categories: "Ribosome", "Oxidative phosphorylation" and "Chaperones and folding catalysts" suggesting specific metabolic responses to physiological adaptations in aquarium environment.

結論:

鰓のメタゲノミクス解析では、微生物の多様性が変化し、水槽環境に順応している間にmRNAの転写物の量と発現が変化していることが明らかになり、細菌群集の活動の変化を示唆している。このアプローチは、新たな宿主と共生体の関連性を発見する可能性を秘めており、新たな機能性転写物や、内共生体の喪失時のメタン代謝の明確な像を明らかにするものである。その結果、順化が終わる頃には、遺伝情報プロセスに関連する転写産物の増加、シャペロンやフォールディング触媒、酸化的リン酸化の転写産物の減少など、3つの主要な機能サブシステムの傾向が観察されたが、グルコース生成や補因子-ビタミンの転写産物には変化は見られなかった。

Conclusions: Gill metagenomics analyses highlighted microbial diversity shifts and a clear pattern of varying mRNA transcript abundancies and expression during acclimatization to aquarium conditions which indicate change in bacterial community activity. This approach holds potential for the discovery of new host-symbiont associations, evidencing new functional transcripts and a clearer picture of methane metabolism during loss of endosymbionts. Towards the end of acclimatization, we observed trends in three major functional subsystems, as evidenced by an increment of transcripts related to genetic information processes; the decrease of chaperone and folding catalysts and oxidative phosphorylation transcripts; but no change in transcripts of gluconeogenesis and co-factors-vitamins.