Cyanobacterial symbionts diverged in the late Cretaceous towards lineage-specific nitrogen fixation factories in single-celled phytoplankton

• Published in: Nature Communications
• Main Authors: Cornejo-Castillo, Francisco M., Cabello, Ana M., Salazar, Guillem, Sánchez-Baracaldo, Patricia, Lima-Mendez, Gipsi, Hingamp, Pascal, Alberti, Adriana, A., Sunagawa, Shinichi, Bork, Peer, de Vargas, Colomban, Raes, Jeroen, Bowler, Chris, Wincker, Patrick, Zehr, Jonathan P., Gasol, Josep M., Massana, Ramon, Acinas, Silvia G.
• Other Authors: Institute of Marine Sciences / Institut de Ciències del Mar Barcelona (ICM), Consejo Superior de Investigaciones Cientificas España = Spanish National Research Council Spain (CSIC), University of Bristol Bristol, Catholic University of Leuven = Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven), Vrije Universiteit Brussel (VUB), Information génomique et structurale (IGS), Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Génomique d'Evry (IG), Université Paris-Saclay-Institut de Biologie François JACOB (JACOB), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), European Molecular Biology Laboratory Heidelberg (EMBL), Max Delbrueck Centre for Molecular Medicine, Evolution des Protistes et Ecosystèmes Pélagiques (EPEP), Adaptation et diversité en milieu marin (AD2M), Station biologique de Roscoff Roscoff (SBR), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Station biologique de Roscoff Roscoff (SBR), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de biologie de l'ENS Paris (IBENS), Département de Biologie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Génomique métabolique (UMR 8030), Genoscope - Centre national de séquençage Evry (GENOSCOPE), Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of California Santa Cruz (UC Santa Cruz), University of California (UC), ANR-11-BTBR-0008,OCEANOMICS,Biotechnologies et bioressources pour la valorisation des écosystèmes marins planctoniques(2011)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2016
• Subjects: [SDV.BID]Life Sciences [q-bio]/Biodiversity; [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean; Atmosphere; South Atlantic Ocean
• Online Access: https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-01295207; https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-01295207/document; https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-01295207/file/ncomms11071.pdf; https://doi.org/10.1038/ncomms11071

International audience The unicellular cyanobacterium UCYN-A, one of the major contributors to nitrogen fixation in the open ocean, lives in symbiosis with single-celled phytoplankton. UCYN-A includes several closely related lineages whose partner fidelity, genome-wide expression and time of evolutionary divergence remain to be resolved. Here we detect and distinguish UCYN-A1 and UCYN-A2 lineages in symbiosis with two distinct prymnesiophyte partners in the South Atlantic Ocean. Both symbiotic systems are lineage specific and differ in the number of UCYN-A cells involved. Our analyses infer a streamlined genome expression towards nitrogen fixation in both UCYN-A lineages. Comparative genomics reveal a strong purifying selection in UCYN-A1 and UCYN-A2 with a diversification process B91 Myr ago, in the late Cretaceous, after the low-nutrient regime period occurred during the Jurassic. These findings suggest that UCYN-A diversified in a co-evolutionary process, wherein their prym-nesiophyte partners acted as a barrier driving an allopatric speciation of extant UCYN-A lineages.