Photosymbioses under stress: photoinhibition and phototaxis in the sea anemone Exaiptasia diaphana

Abstract

Marine cnidarians (e.g., sea anemones and corals) and dinoflagellate algae of the Symbiodineaceae familiy can coexist harmoniously in symbiotic associations. This study aimed to study the photophysiology and photobehavior of individuals of the sea anemone Exaiptasia diaphana harboring symbiodineaceaen endosymbionts. The photoacclimation state of the anemones was characterized non-destructively using in vivo imaging of chlorophyll fluorescence to generate light-response curves of the relative electron transport rate (rETR) of photosystem II (PSII). Photoinhibition under high light was studied by measuring the constant rates of PSII photoinactivation (kPI) and repair (kREC), using lincomycin as an inhibitor of protein synthesis. Exposure to high light caused the contraction of the anemones, which was quantified using the images of chlorophyll fluorescence. The photophysiological light preferences were compared with the photobehavior of the anemones along a light gradient. The light-saturated photosynthetic activity (rETRm) reached values of 184.4 ± 51.1 and the photoacclimation parameter Ek attained 314.8 ± 94.8 μmol quanta mˉ² sˉ¹. The optimal light intensity, Eopt, reached 729.5 ± 296.4 μmol quanta mˉ² sˉ¹. kREC was in all cases higher than kPI (1.55×10ˉ⁴ sˉ¹ and 6.26×10ˉ⁵ sˉ¹, respectively), indicating that PSII repair ability was considerably greater than susceptibility to photoinactivation damage. The anemones not subjected to lincomycin treatment showed a higher level of contraction. The phototaxis experiments revealed a light-induced behavioral of the anemones resulting in the their accumulation mainly under intermediate light intensities (16-50 μmol quanta mˉ² sˉ¹).

Alguns cnidários marinhos (por exemplo, anémonas-do-mar e corais) e dinoflagelados da família Symbiodineaceae podem coexistir harmoniosamente em associações simbióticas. Este trabalho teve como objetivo estudar a fotofisiologia e o fotocomportamento de indivíduos da anémona-do-mar Exaiptasia diaphana albergando dinoflagelados endossimbiontes. O estado de fotoaclimatação das anémonas foi caracterizado de forma não destrutiva usando imagens de fluorescência de clorofila in vivo para gerar curvas de resposta à luz da taxa relativa de transporte de electrões (rETR) do fotossistema II (PSII). A ocorrência de fotoinibição sob luz intensa foi estudada medindo as taxas de fotoinativação (kPI) e de reparação (kREC) do PSII, usando lincomicina como inibidor da síntese proteica. A exposição a níveis de luz intensa causou a contração das anémonas, que foi quantificada usando as imagens de fluorescência da clorofila. As preferências fotofisiológica de intensidade da luz foram comparadas com o fotocomportamento das anémonas ao longo de um gradiente de luz. A atividade fotossintética saturada (rETRm) atingiu valores de 184,4 ± 51,1 e o parâmetro de fotoaclimatação (Ek) atingiu 314,8 ± 94,8 pmol quanta mˉ² sˉ¹. A intensidade de luz ótima, Eopt, atingiu 729,5 ± 296,4 pmol quanta mˉ² sˉ¹. kREc foi em todos os casos superior a kpi (1,55x10ˉ⁴ sˉ¹ e 6,26x10ˉ⁵ sˉ¹, respetivamente), mostrou que a capacidade de reparação do PSII foi consideravelmente maior do que a susceptibilidade à fotoinativação. As anémonas não submetidas ao tratamento com lincomicina apresentaram maior nível de contração. O estudo da fototaxia revelou um comportamento induzido pela luz das anémonas que resultou num padrão de acumulação principalmente sob intensidades de luz intermédias (16-50 pmol quanta mˉ² sˉ¹).