Os microbiomas dos corais - que compreendem bactanãrias, fungos e va­rus - 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 fotossintanãticas simbia³ticas que vivem dentro de seus tecidos que podem desempenhar um papel em sua resposta ao estresse tanãrmico. As descobertas podem informar os esforços atuais de conservação dos recifes de coral, por exemplo, destacando os benefa­cios potenciais de emendar os recifes de coral com micróbios encontrados para reforçar as respostas dos corais ao estresse tanãrmico.

"A exposição prolongada ao calor pode causar 'branqueamento', no qual os fotossimbiontes (algas simbia³ticas) 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 protegaª-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 tanãrmico."

Viridiana Avila-Magaa±a, ex-aluna da Penn State e atualmente pa³s-doutoranda na Colorado University Boulder, observou: "Estudos anteriores sobre os mecanismos moleculares subjacentes a  tolera¢ncia ao estresse por calor dos corais tendem a se concentrar apenas no animal ou no fotossimbionte, mas nosagora saiba que todo o holobionte - o animal coral, o fotossimbionte e o microbioma - estãoenvolvido na resposta ao estresse. "

Em seu estudo, que foi publicado hoje na Nature Communications , os pesquisadores se concentraram em três espanãcies de coral - o coral estrela montanhoso (Orbicella faveolata), o coral-cérebro nodoso (Pseudodiploria clivosa) e o coral estrela de águarasa (Siderastrea radians) - que são conhecido por diferir em suas sensibilidades ao estresse tanãrmico. Coletados perto de Puerto Morelos, no Manãxico, cada espanãcie de coral abriga um conjunto aºnico de fotossimbiontes e microbiomas. O objetivo da equipe era investigar as contribuições metaba³licas varia¡veis ​​de cada um dos membros do holobiont para a tolera¢ncia geral ao estresse dos corais e identificar diferenças nos padraµes de expressão gaªnica relacionados a essas atividades metaba³licas.

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

"Sabemos que o estresse tanãrmico resultante da mudança climática pode interromper o metabolismo dos corais e resultar em branqueamento", disse Medina. "Portanto, éimportante entender as diferentes contribuições dos membros do holobiont e como essas atividades metaba³licas mudam na resposta ao estresse tanãrmico."

Os pesquisadores realizaram um experimento de estresse tanãrmico controlado no qual mantiveram as três espanãcies de corais em um tanque por nove dias a 93ËšF (34 ËšC), que é11 graus (6 ËšC) 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 tanãrmico, com o objetivo de detectarmudanças na expressão gaªnica que afetam a resposta ao estresse tanãrmico do holobiont. Especificamente, eles usaram os dados de expressão gaªnica para estimar as atividades metaba³licas de cada um dos membros do holobiont.

Em seguida, a equipe usou um tipo de técnica ANOVA filogenanãtica, chamada de Varia¢ncia de Expressão e Modelo de Evolução, para examinar asmudanças na expressão gaªnica relacionadas ao estresse tanãrmico que ocorreram ao longo do tempo evolutivo.

"Em colaboração com o professor Rori Rohlfs da San Francisco State University, que éco-autor deste estudo, desenvolvemos um manãtodo baseado em uma ANOVA filogenanãtica que nos permitiu rastrear genes que já divergiram na expressão entre as espanãcies em resposta a qualquer esta­mulo dado —No nosso caso, estresse por calor ", disse Viridiana Avila-Magaa±a. "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 ameaa§as dasmudanças climáticas. Com esta abordagem em mente, fomos capazes de entender por que diferentes corais tem respostas fisiola³gicas únicas ao estresse tanãrmico, e como a evolução da expressão do gene moldou suas diferentes suscetibilidades. "

Avila-Magaa±a explicou que os corais experimentaram episãodios 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 especa­ficas de linhagem para o estresse tanãrmico 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 gaªnica revelaram que os três holobiontes de coral diferiam, de fato, em suas respostas e capacidades metaba³licas 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 tanãrmico.

"Na³s descobrimos mais genes associados a uma resposta de estresse tanãrmico em holobiontes de coral do que estudos anteriores, e também mostramos quemudanças na expressão desses genes surgiram ao longo do tempo evolutivo", disse Medina.

Curiosamente, os cientistas conclua­ram que a maior tolera¢ncia tanãrmica 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 redunda¢ncia nas principais vias metaba³licas que são protetores contra o estresse por calor.

"Descobrimos que alguns corais abrigam um microbioma esta¡vel e diverso, traduzindo-se em uma vasta gama de capacidades metaba³licas que demonstramos permanecer ativas durante o desafio tanãrmico", disse Avila-Magaa±a. "Por outro lado, descobrimos que espanãcies menos tolerantes ao calor reduziram a atividade e a diversidade bacteriana."

Medina observou que os resultados enfatizam a importa¢ncia de abordagens comparativas em uma ampla gama de espanãcies para melhor compreender as diversas respostas dos corais ao aumento das temperaturas dasuperfÍcie do mar.

Medina e Avila-Magaa±a disseram: "Os corais foram altamente impactados pelasmudanças climáticas e os manãtodos que desenvolvemos em nosso estudo representam uma excelente ferramenta para os cientistas que tentam entender o potencial adaptativo de populações e espanãcies."

Outros autores do artigo incluem Susana Enra­quez, professora, Universidad Nacional Auta³noma de Manãxico; 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 Ga³mez-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.