RESUMO
ABSTRACT Many sessile marine invertebrates have life cycles involving the development of larvae that settle on specific substrates to initiate metamorphosis to juvenile forms. Although is recognized that bacterial biofilms play a role in this process, the responsible chemical cues are beginning to be investigated. Here, we tested the role of substrate-specific bacteria biofilms and their Quorum Sensing Signaling Molecule (QSSM) extracts on chemotaxis and settlement of larvae from Hydractinia symbiolongicarpus, a hydroid that grows on gastropod shells occupied by hermit crabs. We isolated and taxonomically identified by 16S rDNA sequencing, 14 bacterial strains from shells having H. symbiolongicarpus. Three isolates, Shigella flexneri, Microbacterium liquefaciens, and Kocuria erythromyxa, were identified to produce QSSMs using biosensors detecting N-acyl-L-homoserine lactones. Multispecies biofilms and QSSM extracts from these bacteria showed a positive chemotactic effect on H. symbiolongicarpus larvae, a phenomenon not observed with mutant strains of E. coli and Chromobacterium violaceum that are unable to produce QSSMs. These biofilms and QSSMs extracts induced high rates of larval attachment, although only 1 % of the attached larvae metamorphosed to primary polyps, in contrast to 99 % of larvae incubated with CsCl, an artificial inductor of attachment and metamorphosis. These observations suggest that bacterial QSSMs participate in H. symbiolongicarpus substrate selection by inducing larval chemotaxis and attachment. Furthermore, they support the notion that settlement in cnidarians is decoupled into two processes, attachment to the substrate and metamorphosis to a primary polyp, where QSSMs likely participate in the former but not in the latter.
RESUMEN Muchos invertebrados marinos sésiles tienen ciclos de vida que involucran el desarrollo de larvas que se asientan en sustratos específicos iniciando su metamorfosis a formas juveniles. Aunque es conocido que biopelículas bacterianas participan en este proceso, las señales químicas responsables hasta ahora se empiezan a investigar. Aquí evaluamos el papel de biofilms bacterianos y sus extractos de moléculas de señalización de "Quorum Sensing' (QSSM) sobre la quimiotaxis y el asentamiento larvario en Hydractinia symbiolongicarpus, un hidrozoario que crece sobre conchas de gastrópodos ocupadas por cangrejos ermitaños. Nosotros aislamos e identificamos taxonómicamente por secuenciación de rDNA 16S 14 cepas bacterianas de conchas con H. symbiolongicarpus. Tres de ellas, Shigella flexneri, Microbacterium liquefaciens, and Kocuria erythromyxa, mostraron producción de QSSMs usando biosensores que detectan N-acil-L-homoserin lactonas. Biopelículas y extractos de QSSMs de estas bacterias mostraron efectos quimiotácticos sobre larvas de H. symbiolongicarpus, efecto no observado en ensayos con cepas mutantes de E. coli y Chromobacterium violaceum que son incapaces de producir QSSMs. Las biopelículas y sus extractos indujeron adhesión larvaria sobre superficies, aunque solamente el 1 % de las larvas asentadas hicieron metamorfosis hacia pólipo primario, en contraste con 99 % de larvas incubadas con CsCl, un inductor artificial de asentamiento y metamorfosis. Estas observaciones sugieren que QSSMs de biopelículas bacterianas participan en la selección de sustrato de H. symbiolongicarpus, induciendo quimiotaxis y asentamiento de sus larvas. También sugieren que el asentamiento en cnidarios tiene dos procesos, adhesión y metamorfosis, donde las QSSMs participarían en el primero, pero no en el segundo.
RESUMO
Sessile colonial invertebrates often fuse with conspecifics to form chimeras. Chimerism represents an unequivocal instance of withinindividual selection where genetically different celllineages compete for representation in the somatic and gametic pools. We analyzed temporal and spatial variations in somatic celllineage composition of laboratoryestablished chimeras of the hydroid Hydractinia symbiolongicarpus (Cnidaria: Hydrozoa). Using three clones with different allotypic specificities (i.e., two rejecting one another but fusing with a third one), we established two classes of twoway chimeras, a single threeway chimera class, and an incompatible interaction as control. Chimeras were sampled at five time intervals for a year. Celllineages in samples were identified by polyp fusibility assays against tester colonies of known fusibility. The cell lineages composing the chimeras showed a differential competitive ability, with one of them representing close to 80% by the end of the study. Rare celllineages stabilized at low frequencies but preserved their ability to gain somatic representation and to colonize distant parts of the chimera. This behavior characterizes cell parasites. As a consequence of the reproductive plasticity of most colonial invertebrates, celllineage variability may be transmitted to the offspring both sexually and asexually. Successful somatic competitors are expected to be preferentially transmitted asexually, whereas cell parasites would be preferentially transmitted sexually.
Los invertebrados coloniales y sésiles con frecuencia se fusionan con conespecíficos para formar quimeras. Estas quimeras son un ejemplo de selección natural actuando al interior del individuo en donde células genéticamente distintas compiten por acceso tanto a la línea somática como a la germinal. En este estudio se analizaron las variaciones temporal y espacial de linajes celulares somáticos en quimeras establecidas en el laboratorio del hidroide colonial Hydractinia symbiolongicarpus (Cnidaria: Hydrozoa). Usando tres clones con distintas especificidades alotípicas (dos de ellas se rechazaban pero ambas se fusionaban a una tercera), se establecieron dos clases de biquimeras, una triquimera y una interacción incompatible como control. Muestras de tejido de quimeras se obtuvieron en cinco intervalos de tiempo durante 50 semanas. La identidad celular de cada muestra se determinó por ensayos de fusibilidad de pólipos con colonias estándar de fusibilidad conocida. Los distintos linajes celulares de cada quimera mostraron una habilidad competitiva diferencial, con una de ellas representando cerca del 80% de las quimeras hacia el final del estudio. Las líneas celulares con menor representación se estabilizaron a bajas frecuencias pero mantuvieron la capacidad de aumentar en frecuencia y de colonizar partes distantes en la quimera. Este comportamiento caracteriza los parásitos celulares. Como consecuencia de la plasticidad reproductiva de la mayoría de invertebrados coloniales, la variabilidad de los linajes celulares puede ser trasmitida a la descendencia tanto sexualmente como asexualmente. Linajes celulares somáticos con alta capacidad competitiva serían heredados asexualmente, mientras que los linajes celulares parásitos se transmitirían preferencialmente por reproducción sexual.