Host–Endosymbiont Genome Integration in a Deep-Sea Chemosymbiotic Clam

生物 内共生 基因组 化学合成 共生 互惠主义(生物学) 共生细菌 进化生物学 共同进化 基因 生态学 细菌 遗传学 深海热液喷口 古生物学 质体 叶绿体 热液循环
作者
Jack Chi-Ho Ip,Ting Xu,Jin Sun,Li R,Chong Chen,Yi Lan,Zhuang Han,Haibin Zhang,Jiangong Wei,Wang Hong-bin,Jun Tao,Zongwei Cai,Pei‐Yuan Qian,Jian‐Wen Qiu
出处
期刊:Molecular Biology and Evolution [Oxford University Press]
卷期号:38 (2): 502-518 被引量:41
标识
DOI:10.1093/molbev/msaa241
摘要

Abstract Endosymbiosis with chemosynthetic bacteria has enabled many deep-sea invertebrates to thrive at hydrothermal vents and cold seeps, but most previous studies on this mutualism have focused on the bacteria only. Vesicomyid clams dominate global deep-sea chemosynthesis-based ecosystems. They differ from most deep-sea symbiotic animals in passing their symbionts from parent to offspring, enabling intricate coevolution between the host and the symbiont. Here, we sequenced the genomes of the clam Archivesica marissinica (Bivalvia: Vesicomyidae) and its bacterial symbiont to understand the genomic/metabolic integration behind this symbiosis. At 1.52 Gb, the clam genome encodes 28 genes horizontally transferred from bacteria, a large number of pseudogenes and transposable elements whose massive expansion corresponded to the timing of the rise and subsequent divergence of symbiont-bearing vesicomyids. The genome exhibits gene family expansion in cellular processes that likely facilitate chemoautotrophy, including gas delivery to support energy and carbon production, metabolite exchange with the symbiont, and regulation of the bacteriocyte population. Contraction in cellulase genes is likely adaptive to the shift from phytoplankton-derived to bacteria-based food. It also shows contraction in bacterial recognition gene families, indicative of suppressed immune response to the endosymbiont. The gammaproteobacterium endosymbiont has a reduced genome of 1.03 Mb but retains complete pathways for sulfur oxidation, carbon fixation, and biosynthesis of 20 common amino acids, indicating the host’s high dependence on the symbiont for nutrition. Overall, the host–symbiont genomes show not only tight metabolic complementarity but also distinct signatures of coevolution allowing the vesicomyids to thrive in chemosynthesis-based ecosystems.
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