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Microbioma de coral é a chave para sobreviver às mudanças climáticas, descobriu um novo estudo
As descobertas vão informar os esforços atuais de conservação dos recifes de coral, destacando os benefícios potenciais de emendar os recifes de coral com micróbios encontrados para reforçar as respostas dos corais ao estresse térmico.
Por Pennsylvania State University - 30/09/2021


O local do estudo em Puerto Morelos, México (Mar do Caribe), onde os pesquisadores coletaram radianos Siderastrea. Crédito: SERGIO GUENDULAIN-GARCÍA

Os microbiomas dos corais - que compreendem bactérias, fungos e vírus - desempenham um papel importante na capacidade dos corais de tolerar o aumento da temperatura do oceano, de acordo com uma nova pesquisa conduzida pela Penn State. A equipe também identificou vários genes em certos corais e as algas fotossintéticas simbióticas que vivem dentro de seus tecidos que podem desempenhar um papel em sua resposta ao estresse térmico. As descobertas podem informar os esforços atuais de conservação dos recifes de coral, por exemplo, destacando os benefícios potenciais de emendar os recifes de coral com micróbios encontrados para reforçar as respostas dos corais ao estresse térmico.

"A exposição prolongada ao calor pode causar 'branqueamento', no qual os fotossimbiontes (algas simbióticas) são expelidos do animal coral, fazendo com que o animal morra", disse Monica Medina, professora de biologia da Penn State. "Descobrimos que quando alguns corais ficam estressados ​​com o calor, seus microbiomas podem protegê-los do branqueamento. Além disso, agora podemos localizar genes específicos em animais de coral e seus fotossimbiontes que podem estar envolvidos nesta resposta ao estresse térmico."

Viridiana Avila-Magaña, ex-aluna da Penn State e atualmente pós-doutoranda na Colorado University Boulder, observou: "Estudos anteriores sobre os mecanismos moleculares subjacentes à tolerância ao estresse por calor dos corais tendem a se concentrar apenas no animal ou no fotossimbionte, mas nós agora saiba que todo o holobionte - o animal coral, o fotossimbionte e o microbioma - está envolvido na resposta ao estresse. "

Em seu estudo, que foi publicado hoje na Nature Communications , os pesquisadores se concentraram em três espécies de coral - o coral estrela montanhoso (Orbicella faveolata), o coral-cérebro nodoso (Pseudodiploria clivosa) e o coral estrela de água rasa (Siderastrea radians) - que são conhecido por diferir em suas sensibilidades ao estresse térmico. Coletados perto de Puerto Morelos, no México, cada espécie de coral abriga um conjunto único de fotossimbiontes e microbiomas. O objetivo da equipe era investigar as contribuições metabólicas variáveis ​​de cada um dos membros do holobiont para a tolerância geral ao estresse dos corais e identificar diferenças nos padrões de expressão gênica relacionados a essas atividades metabólicas.

Medina explicou que o metabolismo é o processo de conversão dos alimentos em energia. Para os corais, disse ela, esse processo é fortemente impulsionado pelos fotossimbiontes, que, por meio da fotossíntese, fornecem aos animais de coral pelo menos 90% de suas necessidades de energia. Mas, até agora, as contribuições dos microbiomas não foram bem compreendidas.

"Sabemos que o estresse térmico resultante da mudança climática pode interromper o metabolismo dos corais e resultar em branqueamento", disse Medina. "Portanto, é importante entender as diferentes contribuições dos membros do holobiont e como essas atividades metabólicas mudam na resposta ao estresse térmico."

Orbicella faveolata, Puerto Morelos, México (Mar do Caribe).
Crédito: Monica Medina, Penn State

Os pesquisadores realizaram um experimento de estresse térmico controlado no qual mantiveram as três espécies de corais em um tanque por nove dias a 93˚F (34 ˚C), que é 11 graus (6 ˚C) mais quente do que a temperatura média normalmente experimentada por esses corais. Os cientistas sequenciaram o RNA dos holobiontes de coral - incluindo os animais de coral, os fotossimbiontes e os membros dos microbiomas - após o período de nove dias e um grupo de controle não exposto ao estresse térmico, com o objetivo de detectar mudanças na expressão gênica que afetam a resposta ao estresse térmico do holobiont. Especificamente, eles usaram os dados de expressão gênica para estimar as atividades metabólicas de cada um dos membros do holobiont.
 
Em seguida, a equipe usou um tipo de técnica ANOVA filogenética, chamada de Variância de Expressão e Modelo de Evolução, para examinar as mudanças na expressão gênica relacionadas ao estresse térmico que ocorreram ao longo do tempo evolutivo.

"Em colaboração com o professor Rori Rohlfs da San Francisco State University, que é co-autor deste estudo, desenvolvemos um método baseado em uma ANOVA filogenética que nos permitiu rastrear genes que já divergiram na expressão entre as espécies em resposta a qualquer estímulo dado —No nosso caso, estresse por calor ", disse Viridiana Avila-Magaña. "Esta abordagem torna-se particularmente relevante para a pesquisa de recifes de coral, dados os debates recentes sobre o potencial adaptativo de diferentes holobiontes de corais sob as ameaças das mudanças climáticas. Com esta abordagem em mente, fomos capazes de entender por que diferentes corais têm respostas fisiológicas únicas ao estresse térmico, e como a evolução da expressão do gene moldou suas diferentes suscetibilidades. "

Avila-Magaña explicou que os corais experimentaram episódios de temperaturas elevadas ao longo do tempo evolutivo e compreender como a expressão do gene evoluiu em resposta a esses eventos pode informar as respostas dos corais aos eventos de aquecimento atuais e futuros.

"Nosso objetivo com esta pesquisa foi determinar se houve inovações específicas de linhagem para o estresse térmico em corais e seus fotossimbiontes de algas, bem como se todos os membros, incluindo comunidades bacterianas, contribuem diferencialmente para a robustez do holobionte", disse ela.

Os dados de expressão gênica revelaram que os três holobiontes de coral diferiam, de fato, em suas respostas e capacidades metabólicas sob estresse de alta temperatura. A equipe também descobriu que os membros de cada holobiont tiveram respostas únicas que influenciaram a capacidade geral do holobiont de lidar com o estresse térmico.

"Nós descobrimos mais genes associados a uma resposta de estresse térmico em holobiontes de coral do que estudos anteriores, e também mostramos que mudanças na expressão desses genes surgiram ao longo do tempo evolutivo", disse Medina.

Curiosamente, os cientistas concluíram que a maior tolerância térmica observada em alguns holobiontes de coral, como o coral starlet, pode ser devido, em parte, a um maior número e diversidade de micróbios termicamente tolerantes em seus microbiomas, o que fornece redundância nas principais vias metabólicas que são protetores contra o estresse por calor.

"Descobrimos que alguns corais abrigam um microbioma estável e diverso, traduzindo-se em uma vasta gama de capacidades metabólicas que demonstramos permanecer ativas durante o desafio térmico", disse Avila-Magaña. "Por outro lado, descobrimos que espécies menos tolerantes ao calor reduziram a atividade e a diversidade bacteriana."

Medina observou que os resultados enfatizam a importância de abordagens comparativas em uma ampla gama de espécies para melhor compreender as diversas respostas dos corais ao aumento das temperaturas da superfície do mar.

Medina e Avila-Magaña disseram: "Os corais foram altamente impactados pelas mudanças climáticas e os métodos que desenvolvemos em nosso estudo representam uma excelente ferramenta para os cientistas que tentam entender o potencial adaptativo de populações e espécies."

Outros autores do artigo incluem Susana Enríquez, professora, Universidad Nacional Autónoma de México; Bishoy Kamel, professor assistente de pesquisa de biologia da University of New Mexico e do Joint Genome Institute, Michael DeSalvo, University of California Merced; Roberto Iglesias-Prieto, professor de biologia, Penn State; Kelly Gómez-Campo, estudante de graduação em biologia, Penn State; Hiroaki Kitano, professor, Systems Biology Institute Japan; e Rori Rohlfs, professor assistente de biologia da San Francisco State University.

 

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