Published December 16, 2020 | Version v1
Publication Open

Microbiome-Dependent Adaptation of Seaweeds Under Environmental Stresses: A Perspective

Creators

  • 1. Friedrich Schiller University Jena
  • 2. Argentine Antarctic Institute

Description

The microbiome of macroalgae facilitates their adaptation to environmental stress. As bacteria release algal growth and morphogenesis promoting factors (AGMPFs), which are necessary for the healthy development of macroalgae, bacteria play a crucial role in stress adaptation of bacterial-algal interactions. To better understand the level of macroalgal dependence on the microbiome under various stress factors such as light, temperature, salt, or micropollutants, we propose a reductionist analysis of a tripartite model system consisting of the axenic green alga Ulva (Chlorophyta) re-infected with two essential bacteria. This analysis will allow us to decipher the stress response of each symbiont within this cross-kingdom interaction. The paper highlights studies on possible survival strategies embedded in cross-kingdom interactions that govern the stress adaptation, including general features of metabolic pathways in the macroalgal host or more specific features such as alterations in the composition and/or diversity of bacterial assemblages within the microbiome community. Additionally, we present some preliminary results regarding the effect of recently isolated bacteria from the Potter Cove, King George Island (Isla 25 de Mayo) in Antarctica, on the model system Ulva mutabilis Føyn purified gametes. The results indicate that cold-adapted bacteria release AGMPFs, inducing cell differentiation, and cell division in purified cultures. We propose that microbiome engineering can be used to increase the adaptability of macroalgae to stressful situations with implications for, e.g., the sustainable management of (land-based) aquaculture systems.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تسهل ميكروبيوم الطحالب الكبيرة تكيفها مع الإجهاد البيئي. نظرًا لأن البكتيريا تطلق نمو الطحالب وعوامل تعزيز التشكل (AGMPFs)، وهي ضرورية للتطور الصحي للطحالب الكبيرة، تلعب البكتيريا دورًا حاسمًا في التكيف مع الإجهاد للتفاعلات البكتيرية الطحلبية. لفهم مستوى اعتماد الطحالب الكبيرة على الميكروبيوم بشكل أفضل تحت عوامل إجهاد مختلفة مثل الضوء أو درجة الحرارة أو الملح أو الملوثات الدقيقة، نقترح تحليلاً اختزالياً لنظام نموذج ثلاثي يتكون من الطحالب الخضراء المحورية أولفا (الكلوروفيتا) المصابة مرة أخرى ببكتيريا أساسية. سيسمح لنا هذا التحليل بفك تشفير استجابة الإجهاد لكل تكافل ضمن هذا التفاعل عبر المملكة. تسلط الورقة الضوء على الدراسات حول استراتيجيات البقاء المحتملة المضمنة في التفاعلات عبر المملكة التي تحكم التكيف مع الإجهاد، بما في ذلك السمات العامة للمسارات الأيضية في مضيف الطحالب الكبيرة أو ميزات أكثر تحديدًا مثل التغيرات في تكوين و/أو تنوع التجمعات البكتيرية داخل مجتمع الميكروبيوم. بالإضافة إلى ذلك، نقدم بعض النتائج الأولية فيما يتعلق بتأثير البكتيريا المعزولة مؤخرًا من بوتر كوف، جزيرة الملك جورج (Isla 25 de Mayo) في القارة القطبية الجنوبية، على نظام النموذج Ulva mutabilis Føyn purified gametes. تشير النتائج إلى أن البكتيريا المتكيفة مع البرد تطلق AGMPFs، مما يحفز تمايز الخلايا، وانقسام الخلايا في المزارع النقية. نقترح استخدام هندسة الميكروبيوم لزيادة قدرة الطحالب الكبيرة على التكيف مع المواقف العصيبة مع ما يترتب على ذلك من آثار، على سبيل المثال، الإدارة المستدامة لأنظمة الاستزراع المائي (البرية).

Translated Description (French)

Le microbiome des macroalgues facilite leur adaptation au stress environnemental. Comme les bactéries libèrent des facteurs favorisant la croissance et la morphogenèse des algues (AGMPF), qui sont nécessaires au développement sain des macroalgues, les bactéries jouent un rôle crucial dans l'adaptation au stress des interactions bactéries-algues. Pour mieux comprendre le niveau de dépendance des macroalgues sur le microbiome sous divers facteurs de stress tels que la lumière, la température, le sel ou les micropolluants, nous proposons une analyse réductionniste d'un système modèle tripartite constitué de l'algue verte axénique Ulva (Chlorophyta) réinfectée par deux bactéries essentielles. Cette analyse nous permettra de déchiffrer la réponse au stress de chaque symbiote au sein de cette interaction inter-royaumes. L'article met en évidence des études sur les stratégies de survie possibles intégrées dans les interactions entre les royaumes qui régissent l'adaptation au stress, y compris les caractéristiques générales des voies métaboliques chez l'hôte macroalgal ou des caractéristiques plus spécifiques telles que les altérations de la composition et/ou la diversité des assemblages bactériens au sein de la communauté du microbiome. De plus, nous présentons quelques résultats préliminaires concernant l'effet de bactéries récemment isolées de Potter Cove, île King George (Isla 25 de Mayo) en Antarctique, sur le système modèle des gamètes purifiés Ulva mutabilis Føyn. Les résultats indiquent que les bactéries adaptées au froid libèrent des AGMPF, induisant la différenciation cellulaire et la division cellulaire dans des cultures purifiées. Nous proposons que l'ingénierie du microbiome puisse être utilisée pour augmenter la capacité d'adaptation des macroalgues à des situations stressantes ayant des implications, par exemple, pour la gestion durable des systèmes aquacoles (terrestres).

Translated Description (Spanish)

El microbioma de las macroalgas facilita su adaptación al estrés ambiental. A medida que las bacterias liberan factores que promueven el crecimiento y la morfogénesis de las algas (AGMPF), que son necesarios para el desarrollo saludable de las macroalgas, las bacterias desempeñan un papel crucial en la adaptación al estrés de las interacciones entre bacterias y algas. Para comprender mejor el nivel de dependencia de las macroalgas del microbioma bajo diversos factores de estrés como la luz, la temperatura, la sal o los microcontaminantes, proponemos un análisis reduccionista de un sistema modelo tripartito que consiste en el alga verde axénica Ulva (Chlorophyta) reinfectada con dos bacterias esenciales. Este análisis nos permitirá descifrar la respuesta al estrés de cada simbionte dentro de esta interacción entre reinos. El documento destaca estudios sobre posibles estrategias de supervivencia integradas en las interacciones entre reinos que rigen la adaptación al estrés, incluidas las características generales de las vías metabólicas en el huésped macroalga o características más específicas, como alteraciones en la composición y/o diversidad de los ensamblajes bacterianos dentro de la comunidad microbiana. Además, presentamos algunos resultados preliminares sobre el efecto de las bacterias recientemente aisladas de Potter Cove, Isla Rey Jorge (Isla 25 de Mayo) en la Antártida, en el sistema modelo de gametos purificados Ulva mutabilis Føyn. Los resultados indican que las bacterias adaptadas al frío liberan AGMPF, induciendo la diferenciación celular y la división celular en cultivos purificados. Proponemos que la ingeniería del microbioma se puede utilizar para aumentar la adaptabilidad de las macroalgas a situaciones estresantes con implicaciones para, por ejemplo, la gestión sostenible de los sistemas de acuicultura (terrestres).

Files

pdf.pdf

Files (1.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b98ab3a369eca5d5936fa1c924f02e85
1.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التكيف المعتمد على الميكروبيوم للأعشاب البحرية تحت الضغوط البيئية: منظور
Translated title (French)
Adaptation dépendante du microbiome des algues marines sous contraintes environnementales : une perspective
Translated title (Spanish)
Adaptación dependiente del microbioma de las algas marinas bajo estrés ambiental: una perspectiva

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3113039498
DOI
10.3389/fmars.2020.575228

Is supplement to
https://openalex.org/W3202000757 (Other)
https://openalex.org/W3180153693 (Other)
https://openalex.org/W3160577055 (Other)
https://openalex.org/W2358239997 (Other)
https://openalex.org/W2348339287 (Other)
https://openalex.org/W2286039091 (Other)
https://openalex.org/W2117191967 (Other)
https://openalex.org/W2047153497 (Other)
https://openalex.org/W1996288088 (Other)
https://openalex.org/W1522347072 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1509800462
  • https://openalex.org/W1598076999
  • https://openalex.org/W1798471834
  • https://openalex.org/W1822640581
  • https://openalex.org/W1893532359
  • https://openalex.org/W1952319289
  • https://openalex.org/W1964020966
  • https://openalex.org/W1969016492
  • https://openalex.org/W1973939352
  • https://openalex.org/W1979128735
  • https://openalex.org/W1984427093
  • https://openalex.org/W1991498008
  • https://openalex.org/W1992730318
  • https://openalex.org/W1995252361
  • https://openalex.org/W1997939021
  • https://openalex.org/W1998661707
  • https://openalex.org/W2000758158
  • https://openalex.org/W2007531839
  • https://openalex.org/W2021265352
  • https://openalex.org/W2026946403
  • https://openalex.org/W2034156865
  • https://openalex.org/W2040021969
  • https://openalex.org/W2040841157
  • https://openalex.org/W2047507493
  • https://openalex.org/W2058199385
  • https://openalex.org/W2064784625
  • https://openalex.org/W2066517299
  • https://openalex.org/W2067215393
  • https://openalex.org/W2069150675
  • https://openalex.org/W2076119958
  • https://openalex.org/W2081735109
  • https://openalex.org/W2082376470
  • https://openalex.org/W2083060339
  • https://openalex.org/W2086702294
  • https://openalex.org/W2089840730
  • https://openalex.org/W2097557545
  • https://openalex.org/W2104197219
  • https://openalex.org/W2106427315
  • https://openalex.org/W2106563656
  • https://openalex.org/W2114480717
  • https://openalex.org/W2117310325
  • https://openalex.org/W2126033719
  • https://openalex.org/W2134186892
  • https://openalex.org/W2140426834
  • https://openalex.org/W2149113372
  • https://openalex.org/W2161714667
  • https://openalex.org/W2170025869
  • https://openalex.org/W2170990936
  • https://openalex.org/W2177168428
  • https://openalex.org/W2226872889
  • https://openalex.org/W2231846522
  • https://openalex.org/W2337845490
  • https://openalex.org/W2400980937
  • https://openalex.org/W2554157653
  • https://openalex.org/W2554493254
  • https://openalex.org/W2580474682
  • https://openalex.org/W2581045219
  • https://openalex.org/W2591207405
  • https://openalex.org/W2606354091
  • https://openalex.org/W2623284141
  • https://openalex.org/W2734633951
  • https://openalex.org/W2766069724
  • https://openalex.org/W2771797658
  • https://openalex.org/W2780823968
  • https://openalex.org/W2785899924
  • https://openalex.org/W2791652851
  • https://openalex.org/W2892105462
  • https://openalex.org/W2898351743
  • https://openalex.org/W2902238608
  • https://openalex.org/W2912656789
  • https://openalex.org/W2914661634
  • https://openalex.org/W2949512018
  • https://openalex.org/W2973120751
  • https://openalex.org/W2994650876
  • https://openalex.org/W3000491944
  • https://openalex.org/W3005018532
  • https://openalex.org/W3005891200
  • https://openalex.org/W3007691222
  • https://openalex.org/W3013047928
  • https://openalex.org/W3022720546
  • https://openalex.org/W3026170717
  • https://openalex.org/W3081090897
  • https://openalex.org/W3084349748