Interazioni microbiche nei pesci delle barriere coralline

Le interazioni simbiotiche sono comuni in natura e sono molto importanti per la crescita e la sopravvivenza di animali, piante e microrganismi. Nei reef corallini, diverse specie, tra cui coralli, pesci e microbi, dipendono l'una dall'altra. Quando questi legami si rompono, può portare a gravi declini nel numero delle specie e nella salute generale della barriera corallina.

I reef corallini sani sono noti per la loro ricca varietà di vita e per i modi complessi in cui questi organismi interagiscono. Questo li rende un ottimo posto per studiare i fattori che modellano le Comunità microbiche, specialmente quelle legate ai pesci. Tra i diversi tipi di pesci, i teleostei sono il gruppo più variegato che si trova nei reef, rappresentando circa un terzo di tutte le specie di pesci marini conosciute oggi. Questi pesci da reef possono viaggiare per lunghe distanze, con alcune specie che si trovano in vaste aree dei tropici.

Le relazioni tra diverse specie di pesci creano catene alimentari molto complesse, dove i pesci più piccoli spesso servono come cibo per i pesci più grandi. Per esempio, un pesciolino chiamato goby nano ha una vita molto breve e affronta tassi di mortalità elevati. Oltre a essere cibo, i pesci si aiutano anche a pulire via i parassiti. Così, ci sono molte opportunità per i microbi di essere trasferiti tra le specie di pesci.

Anche se c'è molto da imparare su come i microbi differiscano tra i gruppi di pesci in un reef, non è stata fatta molta ricerca negli ecosistemi selvatici. La maggior parte degli studi sulle relazioni tra pesci e microbi si concentra su quelli usati in allevamenti o ambienti di laboratorio, lasciando le specie selvatiche ampiamente inesplorate. Tuttavia, queste interazioni sono cruciali per la salute dei pesci e dipendono da molti fattori, tra cui dieta, età, qualità dell'acqua e il background evolutivo dei pesci.

La distanza tra le specie è un fattore importante su come i microbi e i virus si comportano e evolvono. Quando le specie sono strettamente correlate, è più probabile che condividano malattie. La ricerca supporta questa idea, mostrando che specie strettamente correlate spesso condividono gli stessi microbi. Studi recenti hanno mostrato che i pesci in piccole comunità di reef hanno gruppi unici di virus che sono strettamente correlati ai loro ospiti.

I reef corallini, come la Grande Barriera Corallina in Australia, contengono una ricca diversità di pesci e forniscono un'ottima cornice per studiare come i microbi evolvono e variano tra le diverse specie di pesci. Le evidenze suggeriscono che molte famiglie di pesci da reef sono apparse per la prima volta milioni di anni fa, e la loro crescita è accelerata significativamente durante certi periodi della storia. Mentre pesci e coralli evolvono insieme, formano gli ecosistemi reef che vediamo oggi.

#Panoramica della Ricerca

Abbiamo studiato i virus, i Batteri e gli organismi unicellulari trovati in 128 specie di pesci da reef distribuiti tra due località della Grande Barriera Corallina: Lizard Island e Orpheus Island. Questa ricerca ha incluso una vasta varietà di famiglie di pesci, rendendola uno dei più grandi studi sulla diversità microbica nei pesci da reef. Usando metodi avanzati, abbiamo cercato di vedere come i tipi di pesci in una comunità si relazionano ai tipi di microbi presenti e se queste comunità fossero diverse tra le due isole.

Abbiamo anche esaminato come la dieta e il comportamento dei pesci influissero sulle loro comunità microbiche e se specifici gruppi di pesci potessero portare patogeni importanti. Questo è cruciale, poiché i pesci da reef vengono spesso utilizzati in agricoltura, e la continua perdita di biodiversità nei reef corallini presenta sfide, specialmente con i crescenti problemi causati dai cambiamenti climatici.

#Raccolta Dati

Per capire i tipi di microbi presenti, abbiamo sequenziato un totale di 10,7 miliardi di letture di RNA dai nostri campioni di pesci. Questi campioni provenivano da 140 librerie rappresentanti 128 diverse specie di pesci. La stragrande maggioranza di queste letture era di RNA di pesci, mentre una parte più piccola proveniva da organismi come coralli, batteri e altre forme di vita marina.

#Diversità dei Pesci e Località di Campionamento

Le località di ricerca, Lizard Island e Orpheus Island, sono state scelte per la loro ricca biodiversità. Abbiamo raccolto campioni da varie aree, assicurandoci di includere un'ampia gamma di famiglie di pesci. Questo campionamento approfondito aiuta a capire come diverse specie di pesci interagiscano con i microbi nel loro ambiente.

#Diversità del Virome nei Pesci da Reef

La nostra ricerca ha trovato sequenze di 64 virus diversi associati ai pesci, compresi 27 virus precedentemente non identificati da Lizard Island. Le famiglie di virus più comuni che abbiamo scoperto nei pesci erano le Astroviridae, Iridoviridae e Picornaviridae, tra le altre. Abbiamo anche identificato molti virus che probabilmente infettano altri organismi marini, che potrebbero non influenzare direttamente i pesci, ma potrebbero giocare un ruolo nella loro dieta e nell'ecosistema circostante.

#Composizione Virale tra le Isole

Volevamo vedere se i virus dei pesci da reef variassero tra le due isole. La nostra analisi ha mostrato che le comunità virali complessive erano per lo più simili, indicando che i tipi di virus presenti non differivano drasticamente da un'isola all'altra.

#Storia Evolutiva dei Virus

Sebbene i gruppi virali fossero generalmente gli stessi tra le due località, c'erano segni di differenze evolutive. La maggior parte dei virus mostrava una netta divergenza genetica, suggerendo relazioni di lungo periodo con i loro ospiti pesci piuttosto che trasferimenti recenti tra specie diverse. Ad esempio, abbiamo osservato somiglianze in certi virus tra diverse specie di goby a Orpheus Island, ma non abbiamo trovato virus condivisi tra pesci di Lizard Island.

#Gruppi di Virus Specifici

Tra i virus che abbiamo studiato, i virus a RNA a singolo filamento a senso positivo, come Picornaviridae e Astroviridae, erano notevoli. Abbiamo identificato diversi nuovi virus in questi gruppi che non erano stati documentati in precedenza. Questo include ceppi unici trovati in specifiche specie di pesci che indicano come i virus si adattino e si diversifichino all'interno degli ecosistemi reef.

I virus a RNA a singolo filamento a senso negativo, come Hantaviridae, sono stati esaminati. Un hantavirus è stato trovato in un pesce chirurgo e mostrava differenze rispetto a quelli trovati in specie di goby. Questo sottolinea il paesaggio virale diversificato presente nei pesci dei reef corallini.

#Diversità Batterica nei Pesci da Reef

L'analisi batterica ha rivelato che, dopo aver escluso certi tipi di batteri, una porzione significativa delle sequenze rimanenti apparteneva al gruppo dei Proteobatteri. La famiglia Vibrionaceae era la più abbondante, suggerendo che questi batteri svolgano ruoli vitali nella salute dei pesci da reef.

#Differenze nelle Comunità Batteriche

Confrontando le comunità batteriche tra le due isole, abbiamo trovato poche prove di differenze significative. Tuttavia, sono state osservate variazioni distinte tra diversi gruppi tassonomici di pesci. Questo evidenzia come il background evolutivo dei pesci influisca sulla composizione delle loro comunità batteriche.

#Diversità degli Eucarioti Unicellulari

Oltre a studiare virus e batteri, abbiamo anche esaminato gli eucarioti unicellulari. I dinoflagellati erano i più comuni tra questi organismi, indicando la loro importanza nell'ambiente del reef. Simile alle comunità batteriche, la composizione complessiva degli eucarioti unicellulari era per lo più coerente tra le due isole, ma variava significativamente tra i diversi gruppi di pesci.

#Conclusioni

Il nostro studio dettagliato sui pesci da reef ha mostrato che, mentre le famiglie virali e batteriche rimangono coerenti tra le isole, ci sono prove limitate di virus che si trasferiscono tra le diverse specie di pesci all'interno di queste comunità. Questi risultati suggeriscono che, nonostante gli alti livelli di diversità microbica nei pesci da reef, significative barriere impediscono la diffusione delle infezioni tra di loro.

In generale, mentre i reef corallini ospitano una vasta gamma di vita microbica, la nostra ricerca indica che le relazioni tra ospiti e la storia evolutiva giocano un ruolo cruciale nel determinare come virus e microbi interagiscano all'interno di questi ecosistemi. Questa comprensione è vitale, specialmente poiché le minacce ai reef corallini continuano a crescere a causa dei cambiamenti climatici e delle attività umane.

#Direzioni Future

Le intuizioni ottenute da questa ricerca aprono la strada a future indagini sulla salute degli ecosistemi reef. Il monitoraggio continuo delle comunità microbiche nei pesci da reef sarà essenziale, in particolare riguardo al loro ruolo nell'acquacoltura e nell'ambiente marino più ampio. C'è molto di più da imparare sulle intricate relazioni all'interno di questi ecosistemi, così come su come potrebbero cambiare di fronte alle pressioni ambientali. La base gettata da questo studio può aiutare a guidare gli sforzi di ricerca volti a preservare la salute e la stabilità dei reef corallini in tutto il mondo.