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May 22, 2023

A análise do genoma de Parmales, o grupo irmão das diatomáceas, revela a especialização evolutiva das diatomáceas do fago

Biologia das Comunicações volume 6, número do artigo: 697 (2023) Cite este artigo 499 Acessos 5 detalhes de métricas altmétricas A ordem Parmales (classe Bolidophyceae) é um grupo menor de pico-size

Biologia das Comunicações, volume 6, número do artigo: 697 (2023) Citar este artigo

499 Acessos

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Detalhes das métricas

A ordem Parmales (classe Bolidophyceae) é um grupo menor de fitoplâncton marinho eucariótico de tamanho pico que contém espécies com células rodeadas por placas de sílica. Estudos anteriores revelaram que Parmales é membro dos ocrófitos e irmão das diatomáceas (filo Bacillariophyta), o grupo de fitoplâncton de maior sucesso no oceano moderno. Portanto, os genomas parmaleanos podem servir de referência para elucidar tanto os eventos evolutivos que diferenciaram essas duas linhagens quanto a base genômica para o sucesso ecológico das diatomáceas versus o estilo de vida mais enigmático dos parmaleanos. Aqui, comparamos os genomas de oito parmales e cinco diatomáceas para explorar suas diferenças fisiológicas e evolutivas. Prevê-se que os Parmaleanos sejam fago-mixotróficos. Por outro lado, as diatomáceas perderam genes relacionados à fagocitose, indicando a especialização ecológica da fago-mixotrofia à fotoautotrofia em sua evolução inicial. Além disso, as diatomáceas apresentam um enriquecimento significativo nos conjuntos de genes envolvidos na absorção e metabolismo de nutrientes, incluindo ferro e sílica, em comparação com os parmaleanos. No geral, nossos resultados sugerem uma forte ligação evolutiva entre a perda de fago-mixotrofia e a especialização para um estágio de vida fotoautotrófico silicificado no início da evolução das diatomáceas após divergir da linhagem Parmales.

A ordem Parmales (classe Bolidophyceae) é um grupo de fitoplâncton marinho eucariótico de tamanho pico (2–5 μm) com células rodeadas por placas silicificadas . Os Parmaleanos estão disseminados no oceano, das regiões polares às tropicais, e são relativamente abundantes nas regiões polares e subárticas2,3. As sequências Parmaleanas são mais abundantes na fração picoplanctônica (0,8–5 µm) dos dados metabarcoding oceânicos globais dos oceanos de Tara e representam no máximo 4% das sequências de organismos fotossintéticos e <1% em média2. Atualmente, apenas 17 táxons de parmaleanos foram descritos3,4. Observações SEM e TEM, filogenética molecular e análises de pigmentos fotossintéticos indicaram que parmaleans pertence a Bolidophyceae (ocrófitas)5, que é o táxon irmão das diatomáceas (filo Bacillariophyta). Bolidophyceae também contém flagelados nus fotossintéticos de tamanho pico (chamados bolidomonas) que habitam principalmente águas subtropicais6. Análises filogenéticas recentes usando várias cepas recentemente isoladas revelaram que as espécies flageladas de bolidomonad pertencem ao gênero parmaleano silicificado e não flagelado Triparma dentro de Bolidophyceae, sugerindo que o ciclo de vida de Triparma alterna entre estágios silicificados / não flagelados e nus / flagelados .

As diatomáceas são um grupo relativamente jovem de eucariotos unicelulares que se estima terem surgido perto da fronteira Triássico-Jurássico (cerca de 200 milhões de anos atrás7). Apesar da sua curta história evolutiva, as diatomáceas representam o grupo de fitoplâncton mais bem sucedido no oceano moderno; eles são altamente diversos, até 105 espécies8, e contribuem extensivamente para a produção primária marinha, realizando até 20% do total da fotossíntese planetária. Acredita-se que as diatomáceas sejam particularmente bem-sucedidas em ambientes dinâmicos, como áreas de ressurgência, e foi sugerido que o seu sucesso ecológico é apoiado por características como a defesa da parede celular silicificada9 e a absorção luxuosa de nutrientes10. No entanto, apesar dos avanços na compreensão dos genomas das diatomáceas durante as últimas duas décadas, as razões subjacentes ao sucesso das diatomáceas nos oceanos modernos permanecem pouco compreendidas. Para compreender o sucesso ecológico das diatomáceas, é necessária a caracterização da evolução dos genes relacionados com a fisiologia neste táxon.

Embora os parmaleanos sejam os parentes mais próximos das diatomáceas, eles apresentam biomassa, diversidade de espécies e impacto ecológico muito mais baixos do que seu táxon irmão. O ciclo de vida proposto do parmaleano, que alterna entre estágios silicificados/não flagelados e nus/flagelados, é semelhante à origem proposta das diatomáceas2. As diatomáceas ancestrais eram possivelmente flagelados haplóides que formavam zigotos diplóides silicificados . A divisão mitótica do zigoto pode ter ocorrido preferencialmente para dar origem a diatomáceas cêntricas12, que é o grupo de diatomáceas mais antigo com um estágio vegetativo diplóide produzindo gametas masculinos haploides flagelados nus para reprodução sexual13. Assim, espera-se que uma comparação entre parmaleans e diatomáceas forneça pistas importantes sobre as diferenças nas suas estratégias ecológicas e caminhos evolutivos. Até o momento, apenas dados genômicos limitados sobre parmaleanos estavam disponíveis14, e as características genômicas e eventos evolutivos que levaram a diferenças entre parmaleanos e diatomáceas permaneceram não estudados. Neste estudo, geramos sete novos conjuntos de genoma parmaleano. Esses sete rascunhos de genomas, um genoma parmaleano previamente determinado e cinco genomas de diatomáceas disponíveis publicamente foram usados ​​para realizar uma análise comparativa do genoma. Nossos resultados delineiam as trajetórias evolutivas dessas duas linhagens após sua divergência e correlacionam suas características ecológicas com suas funções genômicas.