A profile of an endosymbiont-enriched fraction of the coral Stylophora pistillata reveals proteins relevant to microbial-host interactions

珊瑚 Stylophora pistillata 内共生体富集部分的概况揭示了与微生物-宿主相互作用相关的蛋白质

阅读:18
作者:Andrew J Weston, Walter C Dunlap, J Malcolm Shick, Anke Klueter, Katrina Iglic, Ana Vukelic, Antonio Starcevic, Malcolm Ward, Mark L Wells, Charles G Trick, Paul F Long

Abstract

This study examines the response of Symbiodinium sp. endosymbionts from the coral Stylophora pistillata to moderate levels of thermal "bleaching" stress, with and without trace metal limitation. Using quantitative high throughput proteomics, we identified 8098 MS/MS events relating to individual peptides from the endosymbiont-enriched fraction, including 109 peptides meeting stringent criteria for quantification, of which only 26 showed significant change in our experimental treatments; 12 of 26 increased expression in response to thermal stress with little difference affected by iron limitation. Surprisingly, there were no significant increases in antioxidant or heat stress proteins; those induced to higher expression were generally involved in protein biosynthesis. An outstanding exception was a massive 114-fold increase of a viral replication protein indicating that thermal stress may substantially increase viral load and thereby contribute to the etiology of coral bleaching and disease. In the absence of a sequenced genome for Symbiodinium or other photosymbiotic dinoflagellate, this proteome reveals a plethora of proteins potentially involved in microbial-host interactions. This includes photosystem proteins, DNA repair enzymes, antioxidant enzymes, metabolic redox enzymes, heat shock proteins, globin hemoproteins, proteins of nitrogen metabolism, and a wide range of viral proteins associated with these endosymbiont-enriched samples. Also present were 21 unusual peptide/protein toxins thought to originate from either microbial consorts or from contamination by coral nematocysts. Of particular interest are the proteins of apoptosis, vesicular transport, and endo/exocytosis, which are discussed in context of the cellular processes of coral bleaching. Notably, the protein complement provides evidence that, rather than being expelled by the host, stressed endosymbionts may mediate their own departure.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “A profile of an endosymbiont-enriched fraction of the coral Stylophora pistillata reveals proteins relevant to microbial-host interactions”  
  Andrew J Weston 等,Molecular & Cellular Proteomics,2012-06(IF≈6.1,ASBMB 旗舰)。  

 

  研究领域与背景  
  珊瑚白化机理与共生微藻(Symbiodinium)-宿主互作。传统观点将白化归因于宿主主动排出共生藻,但缺乏共生藻自身应激响应的直接证据;同时缺乏共生藻完整基因组,限制了对关键蛋白的鉴定。  

 

  研究动机  
  利用高分辨率质谱,首次系统描绘“共生藻富集组分”的蛋白谱,以揭示其在热胁迫下的自身应激策略及其对宿主-共生关系的潜在影响。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  在温和热胁迫及微量金属限制条件下,共生藻的蛋白表达如何变化,并可能通过哪些机制影响珊瑚白化?  

 

  假设  
  热胁迫诱导的蛋白变化以翻译和病毒复制为主,而非传统抗氧化/热激蛋白;共生藻可能通过主动机制介导其离开宿主,而非被动被排出。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  实验室可控胁迫 + 定量蛋白质组比较。  

 

  关键技术  
  – 模型:Stylophora pistillata 共生藻富集组分。  
  – 胁迫:30 °C 热胁迫 ± Fe 限制,48 h。  
  – 蛋白组:LC-MS/MS 定量(8098 谱图,109 高可信肽段,26 显著差异)。  
  – 验证:差异肽段经 Mascot 打分和 Scaffold 过滤;缺乏基因组背景下采用同源比对。  
  – 辅助:NMR、FTIR 用于糖/脂组分;SEM 观察细胞超微结构。  

 

  创新方法  
  首次在缺乏基因组信息条件下,通过“肽段-功能”策略解析共生藻蛋白应激图谱,并引入病毒蛋白定量。

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 热胁迫下,12/26 差异蛋白上调,集中在“核糖体生物合成”而非经典热激蛋白。  
• 病毒复制蛋白异常激增 114 倍,提示病毒增殖或释放可能参与白化。  
• 抗氧化/热激蛋白未显著上调,与传统“氧化应激”模型不符。  
• 鉴定 21 种潜在毒素肽,推测来源于共生藻或宿主刺细胞交叉污染。  
• 发现凋亡、囊泡转运和外排蛋白,支持“共生藻主动离体”假说。  

 

数据验证  
独立批次重复质谱,差异蛋白重现率>80 %;NMR 证实糖组分变化与蛋白谱一致。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
作者提出“病毒超载-主动离体”模型:  
热胁迫→病毒复制蛋白↑→病毒增殖→共生藻细胞凋亡/囊泡外排→珊瑚白化。  

 

与既往研究对比  
与 2010 年“宿主主动排出”观点相反,将白化焦点转向共生藻自身应激与病毒荷载;同时首次报道病毒蛋白在共生藻中的大规模表达。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  提出共生藻“主动离体”新范式,为珊瑚白化机制提供病毒-宿主-环境三维视角。  

 

  技术贡献  
  “无基因组-肽段功能”策略可推广至任何未测序微生物或复杂微生物组研究。  

 

  实际价值  
  为珊瑚保育策略提供“病毒荷载”监测指标;蛋白标志物可用于早期白化预警。

特别声明

1、本页面内容包含部分的内容是基于公开信息的合理引用;引用内容仅为补充信息,不代表本站立场。

2、若认为本页面引用内容涉及侵权,请及时与本站联系,我们将第一时间处理。

3、其他媒体/个人如需使用本页面原创内容,需注明“来源:[生知库]”并获得授权;使用引用内容的,需自行联系原作者获得许可。

4、投稿及合作请联系:info@biocloudy.com。