Сладкие и жирные симбионты: Повышенная фотосинтетическая продуктивность и накопление углерода у микроводорослей внутри хозяина

Симбиоз между хозяином и внутриклеточными эукариотическими микроводорослями является распространённой жизненной стратегией в водных экосистемах. Считается, что эта взаимосвязь в основном обеспечивается фотосинтезным углеродным энергобальзамом микроводорослых симбионтов. Важный вопрос заключается в том, увеличивают ли микроводоросли своё фотосинтетическое производство и уменьшают ли накопление углерода, чтобы максимизировать транслокацию углерода к хозяину. Комбинируя трёхмерную субклеточную визуализацию и физиологические анализы, мы показываем, что фотосинтетический аппарат (хлоропласт и CO2-фиксирующий пиреноид) симбиотической микроводоросли Micractinium conductrix значительно расширяется внутри её хозяина (инфузории Paramecium bursaria) по сравнению со свободноживущим состоянием. Это сопровождается 13-кратным увеличением количества ферментов Rubisco и 16-кратным ростом скорости фиксации углерода. Временная субклеточная визуализация показала, что фотосинтезный углерод сначала направляется на синтез крахмала в течение дня, причём производство в симбиозе в пять раз выше при низком росте. Почти половина углерода, накопленного в крахмале, расходуется ночью, а часть накапливается в липидных каплях, объём которых в симбиотических микроводорослях в 20 раз больше. Мы также показываем, что углерод передаётся хозяину и выдвигаем гипотезу, что большая его часть респирируется высокой плотностью митохондрий хозяина, окружающих симбионта. Мы представляем доказательства того, что повышенное фотосинтетическое производство симбиотических микроводорослей может быть объяснено энергетическими потребностями хозяина. В целом, данное исследование даёт беспрецедентное представление о субклеточном ремоделировании и динамике углеродного метаболизма микроводорослей внутри хозяина, подчёркивая потенциально ключевую роль соотношения источника и стока в водном фотосимбиозе. Заявление о значимости: Симбиотические взаимодействия между гетеротрофным хозяином и внутриклеточными микроводорослями широко распространены в водных экосистемах и, как считается, обеспечиваются фотосинтетически полученной углеродной энергией. Однако мало что известно о влиянии симбиоза на биоэнергетику водорослей (например, производство и запасание углерода). В этом исследовании показаны морфологические и физиологические изменения микроводоросли внутри хозяина на субклеточном уровне в течение дня. Мы демонстрируем, что фотосинтетический аппарат расширяется, а фиксация и запасание углерода усиливаются у симбиотических микроводорослей сверх их потребностей для роста. Это высокое фотосинтетическое производство, вероятно, усиливается за счёт энергетических потребностей хозяина. Наши результаты продвигают базовое понимание фотосимбиоза и открывают новые перспективы в изучении механизмов и факторов, определяющих обмен метаболитами между партнёрами.