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Oct 08, 2023

Parasitismo fúngico em diatomáceas altera formação e bio

Volume de Biologia da Comunicação

Biologia da Comunicação volume 6, Número do artigo: 206 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O fitoplâncton forma a base das cadeias alimentares aquáticas e da ciclagem de elementos em diversos sistemas aquáticos. O destino da matéria orgânica derivada do fitoplâncton, no entanto, muitas vezes permanece sem solução, pois é controlado por processos complexos e interligados de remineralização e sedimentação. Aqui investigamos um mecanismo de controle raramente considerado sobre fluxos de matéria orgânica afundando: parasitas fúngicos infectando o fitoplâncton. Demonstramos que a colonização bacteriana é promovida 3,5 vezes em células de fitoplâncton infectadas por fungos em comparação com células não infectadas em um patossistema modelo cultivado (diatomácea Synedra, microparasita fúngico Zygophlyctis e bactérias em co-crescimento) e até ≥17 vezes em populações amostradas em campo (Planktothrix, Synedra e Fragilaria). Dados adicionais obtidos usando o sistema modelo Synedra-Zygophlyctis revelam que as infecções fúngicas reduzem a formação de agregados. Além disso, a respiração de carbono é 2 vezes maior e as velocidades de sedimentação são 11–48% menores para agregados infectados por fungos de tamanho semelhante versus agregados não infectados. Nossos dados indicam que os parasitas podem efetivamente controlar o destino da matéria orgânica derivada do fitoplâncton em uma escala de célula única a agregada única, aumentando potencialmente a remineralização e reduzindo a sedimentação em sistemas costeiros e de água doce.

O fitoplâncton cresce rapidamente, renovando sua biomassa uma vez por semana e deixando para trás vários gigatoneladas de matéria orgânica em decomposição na coluna de água da biosfera aquática1,2. A maior parte desta matéria orgânica em decomposição é remineralizada dentro da zona eufótica, mas uma fração crítica é exportada para camadas mais profundas como material particulado que afunda em diversos sistemas, incluindo água doce3,4 e ambientes costeiros5,6. A matéria orgânica particulada é assim transportada através da coluna de água em direção aos sedimentos – um mecanismo que impulsiona o acoplamento bento-pelágico, ou seja, a troca de energia, massa e nutrientes entre habitats pelágicos e bentônicos. O afundamento da matéria orgânica sustenta a vida abaixo da zona eufótica7, enquanto, por outro lado, também pode levar à expansão de águas deficientes em oxigênio em todo o mundo em áreas onde o consumo de oxigênio por meio da remineralização da matéria orgânica excede o suprimento de oxigênio disponível8,9,10. O destino da matéria orgânica derivada do fitoplâncton é, portanto, a chave para as cadeias alimentares aquáticas e os ciclos biogeoquímicos.

Após a floração, as células do fitoplâncton juntamente com pellets fecais e outros detritos podem coagular como agregados – referidos como lago ou neve marinha – que afundam rapidamente com velocidades de até várias centenas de metros por dia11. A este respeito, os agregados que afundam são veículos primários de matéria (in)orgânica para a profundidade12. A formação, remineralização e sedimentação de agregados são comumente explicadas por processos físicos e biológicos, estando estes últimos intimamente ligados ao pastoreio zooplanctônico, degradação bacteriana e lise viral12,13,14,15,16. Dados recentes, no entanto, sugerem que ainda faltam alguns elos cruciais na rede de mecanismos de controle biológico dos fluxos verticais de matéria orgânica17. Fungos aquáticos, por exemplo, são pouco considerados neste contexto, embora sejam abundantes e ativos em vários sistemas aquáticos18,19, atingindo desde lagos de alta montanha20 sobre áreas costeiras21 até o fundo do mar22. Por exemplo, membros da divisão fúngica Chytridiomycota, referidos como quitrídios, podem prosperar como microparasitas nas células do fitoplâncton. Esses quitrídios são tradicionalmente bem documentados em lagos23, especialmente durante eventos de floração quando a abundância de hospedeiros é alta24,25. Mais recentemente, eles também ganharam atenção crescente em sistemas costeiros após serem observados por meio de microscopia, por exemplo, na região de ressurgência altamente produtiva do Chile26, no Oceano Ártico27,28 e durante a proliferação de algas nocivas no Mar Mediterrâneo29. Usando métodos de sequenciamento de alto rendimento, Chytridiomycota também foi detectado em outras regiões marinhas30,31,32,33,34, e abundâncias baseadas em DNA de Chytridiomycota foram correlacionadas com florescências de fitoplâncton ou clorofila em regiões costeiras33,35,36,37, 38. Os quitrídios, portanto, ocorrem com frequência em regiões de água doce e costeiras, onde um forte acoplamento bentônico-pelágico é comumente assumido7,39, enquanto em regiões de oceano aberto, sua distribuição é menos evidente com raras observações até agora40.

 0.05, t-test, N = 3 flasks) but significantly lower chlorophyll a contents in the infected vs. non-infected cultures during day 4–9 (e.g., day 9: 9.5 ± 1.2 and 30.1 ± 1.7 ng chl a mL−1, respectively, P < 0.001, t-test, N = 3 flasks, Fig. 2c). Nutrient concentrations (analyzed at the end of the incubations on day 9) were similar in both culture treatments (NO3− + NO2−: 225 ± 2 and 243 ± 9 µmol L−1, P = 0.07; soluble reactive phosphorous: 31 ± 2 and 34 ± 3 µmol L−1, P = 0.32; and dissolved organic carbon: 332 ± 24 and 299 ± 11 µmol L−1 in the non-infected and infected treatment, respectively, P = 0.12, t-test, N = 3 flasks)./p>

 0.22). Similar to TEP concentrations, CSP concentrations increased until day 6 and decreased thereafter (range: 0.07–0.39 µg BSA equ. mL−1, Fig. 2e), but no statistically significant differences were detected between treatments (P = 0.34 for GLMM, F4,16 = 1.2145 and P > 0.09 for pair-wise comparison between single sampling days). Microscopy-derived numbers of TEP and CSP were highly variable, ranging from 119 to 3672 TEP mL−1 (dTEP = 2–4 µm, A = 3–12 µm2) and from 966 to 21,196 CSP mL−1 (dCSP = 3–6 µm, A = 9–32 µm2) in both culture treatments (ranges represent mean values during day 0–9, data are listed in Supplementary Data 6). No statistically significant differences in TEP and CSP sizes and areas between treatments were detected (P > 0.13)./p>1.3–5.6 mm) became abundant, and both size classes (d = 0.4–1.3 mm and >1.3–5.6 mm) were 6 ± 4-times less abundant (range: 2–14-times) and comprised 9 ± 7-times less cumulative aggregate volume (range: 3–25-times, N = 10 time points) during fungal infections. Aggregates within the smallest size bin (d = 0.35–0.46 mm) were most abundant (up to 80 and 26 aggregates L−1 in the non-infected and fungal-infected treatment, respectively, Fig. 4e, f), while large aggregates (d = 2.2–3.8 mm) accounted for most of the cumulative aggregate volume (up to 20 and 2 mm3 L−1 in the non-infected and fungal-infected treatments, respectively, Fig. 4g, h)./p>

 5.6 mm were not present). We counted the number of aggregates per size class, reported as aggregate number concentration N(d) (# L−1). To describe the number concentration as a function of size, the aggregate size spectrum n(d) (# L−1 mm−1) was calculated as/p>