Les bivalves côtiers Codakia orbicularis et C. orbiculata, de la famille des Lucinidae, abritent des Gammaprotéobactéries endosymbiotiques sulfo-oxydantes dans leurs branchies. Ces deux bivalves vivent dans les herbiers à Thalassia testudinum et hébergent la même bactérie symbiotique selon les analyses effectuées à partir des séquences d’ADNr 16S. Lors de période de stabulation, la population bactérienne symbiotique décroit alors qu’il n’y a pas, dans le même temps, de relargage des symbiotes observé. Des analyses en cytochimie ont montré une forte activité d’enzymes lysosomales lors de ces épisodes de privation de nourriture et de soufre. Il a ainsi été montré que les symbiotes peuvent servir directement de source de nourriture aux bivalves pour survivre lors de ces périodes de crise. Le transfert de carbone des symbiotes vers l’hôte peut être flexible et pourrait consister en un simple transfert de matière organique ou "milking", dans des conditions normales de nutrition et de digestion des symbiotes et devenir du "farming", dans des conditions de stabulation. Jusqu’à ce jour, le symbiote reste non cultivable. De ce fait, l’utilisation de techniques indépendantes de la culture comme les approches –omics ont été mises en place pour étudier la physiologie de cette bactérie symbiotique. Le génome du symbiote a été analysé par Next Generation Sequencing (NGS) permettant ainsi d’obtenir les bases du protéome et ainsi de pouvoir analyser la physiologie du symbiote. Dans ce travail, le protéome des bactéries a été analysé sous différentes conditions. L’oxydation des sulfures est une des voies métaboliques clés du symbiote de Codakia. Cette voie fait très probablement appel au système Sox périplasmique, ainsi qu’à une sulfite réductase cytoplasmique (DsrAB), une APS réductase (AprAB) et une ATP sulfurylase (SopT). De plus, deux autres enzymes additionnelles d’oxydation des sulfures ont pu être mises en évidence dans l’espace périplasmique du symbiote telle que la quinone réductase (Sqr) et la sulfide déhydrogénase (FccAB). Les gènes des enzymes du cycle de Calvin Benson Bassham (CBB) ne semblent pas être tous présents dans le génome du symbiote. Les protéines de la RuBisCO sont abondamment exprimées. Il semblerait que la régénération du ribulose-1,5-bisphosphate soit effectuée de façon non conventionnelle via une phosphofructokinase PPi-dépendante. Une autre caractéristique du CBB est qu’il y a deux formes différentes de RuBisCO codées dans le génome du symbiote. Les deux formes sont exprimées en même temps, mais la forme I de la RuBisCO est 50 fois plus exprimée que la forme II. En plus de la vie autotrophique, plusieurs gènes nécessaires à une vie hétérotrophique sont présents dans le génome. Dans le protéome, les enzymes de la glycolyse et du cycle TCA sont faiblement exprimées. Les protéines du métabolisme du glycogène ont également été identifiées dans le protéome. De plus, plusieurs types de transporteurs comme ABC, TRAP et PTS sont présents dans le génome et certaines formes d’expression de ces transporteurs ont pu être suspectées, y compris lors de la vie intracellulaire du symbiote. De façon inattendue, un groupe de gènes nif est présent dans le génome permettant la fixation de l’azote atmosphérique par le symbiote. Les protéines codées par les gènes clés, comme la nitrogénase NifH/K/D, ont été abondamment trouvées dans le protéome. De plus, l’analyse du protéome montre une régulation forte de ces protéines dans des conditions de stabulation du bivalve hôte. La rubrerythrine est fortement exprimée et servirait à protéger la nitrogénase de l’oxygène au sein des bacteriocytes. L’endosymbiote bactérien code également pour un système de sécrétion de type 6 (T6SS) pour le transport de molécules bactériennes effectrices à travers les membranes du cytoplasme de la cellule hôte et jouerait un rôle possible de communication directe avec l’hôte. / The shallow water bivalves Codakia orbicularis and Codakia orbiculata, both belonging to the family Lucinidae, harbor endosymbiotic sulfur-oxidizing gamma-Proteobacteria in their gills. The bivalves live in seagrass beds of Thalassia testudinum and harbor the same bacterial symbionts according to 16S rDNA sequence analysis. During starvation, the symbiont population decreases while no release of symbionts were observed. We observed lysosomal enzyme activity during sulfide and food starvation with cytochemical staining methods. We suggest that the host uses symbionts as a nutrient source to survive a hunger crisis. The carbon transfer from the symbionts to the host could be flexible and could consist in transfer of organic matter, "milking", under normal feeding conditions and digestion of the symbionts, "farming", under starved conditions. Until now the symbiont alone is not cultivable. Therefore, cultivation-independent techniques, like -omics approaches were used to analyze the physiology of the symbiont. Next generation sequencing (NGS) was employed to sequence the genomes of symbionts from both hosts, display the backbone for proteomics. The soluble- and membrane-associated symbiont proteomes were analyzed during different conditions. The oxidation of sulfide is one key metabolic pathway of the Codakia symbiont, most probably using the periplasmic Sox-system, a cytoplasmatic sulfite reductase (DsrAB), an APS reductase (AprAB) and an ATP sulfurylase (SopT). Furthermore, indications for two additional putative sulfide oxidation systems in the periplasmic space, the sulfide quinone reductase (Sqr) and the sulfide dehydrogenase (FccAB), could be found. The Calvin Benson Bassham cycle (CBB) of the symbiont is not completely encoded in the genome. The key genes, RuBisCO, are abundantly expressed. It is assumed that the regeneration of the ribulose-1,5-bisphosphate is performed unconventionally via a PPi-dependent phosphofructokinase. Another feature of the CBB is that two different forms of RuBisCO are encoded in the genome. Both are expressed at the same time, but RuBisCO form I is about 50x times more expressed. Additional to the autotrophic lifestyle, all genes for the heterotrophic lifestyle are encoded in the genome. In the proteome, the enzymes related to glycolysis and TCA-cycle were low expressed. Interestingly, proteins for glycogen metabolism were identified in the proteome. Additionally, several types of transporters like ABC, TRAP and PTS are encoded in the genome. In the proteome several indications were found for an expression of these transporters, even in the endosymbiotic lifestyle. Unexpectedly, in the genome a nif gene cluster is encoded for gaseous nitrogen fixation as ammonium source. The key genes, the nitrogenase NifH/K/D, were abundantly identified in proteome. Further, the proteome analyses indicate a strictly down-regulation of these proteins under starvation conditions. Rubrerythrin, a strongly expressed protein and is predicted to protect the nitrogenase against oxygen stress. The bacterial endosymbionts encode a specialized secretion system type 6 (T6SS) for the transport of bacterial effector molecules through the membranes to the host cytoplasm and display one possibility for a direct "communication" with the host. In summary, genomics and proteomics analyses of the Codakia symbiont improved the knowledge about the metabolism of the symbiont in lucinid bivalves.. The genomics and proteomics data generated in this study can be used as a basis for further in-depth analyses of the physiology of the symbionts and interaction with the host.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2014PA066700 |
| Date | 17 December 2014 |
| Creators | König, Sten |
| Contributors | Paris 6, Ernst-Moritz-Arndt-Universität (Greifswald, Allemagne), Le Guyader, Hervé, Schweder, Thomas, Gros, Olivier |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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