Summary One of the main unsolved questions regarding photosynthetic sea slugs is how the slug plastids handle photoinhibition of Photosystem II. Photoinhibition has not been studied in detail in these animals although resilience against photoinhibition might obviously explain the longevity of plastids inside animal cytosol. Light response and action spectrum of photoinhibition were measured from the slug Elysia timida and its prey alga Acetabularia acetabulum . Plastid packing in the slugs and algae was compared with spectroscopic and microscopic methods. The importance of plastid concentration was also estimated by measuring photoinhibition from starved slugs. Compared to A. acetabulum, E. timida is highly resistant against photoinhibition. The resilience of the slugs is even more pronounced in the UV-region, as the slug tissue screens UV radiation. The plastids in the slug tissue are tightly packed, and the outer plastids protect the inner ones from photoinhibition. The sea slug E. timida protects its plastids from photoinhibition by screening UV radiation and packing the plastids tightly in its tissues. Both mechanisms enhance the longevity of the plastids in slug cytosol and ameliorate the need for repair of photoinhibited Photosystem II.

Abstract Elysia chlorotica is a kleptoplastic sea slug that preys on Vaucheria litorea , stealing its plastids which then continue to photosynthesize for months inside the animal cells. We investigated the native properties of V. litorea plastids to understand how they withstand the rigors of photosynthesis in isolation. Transcription of specific genes in laboratory-isolated V. litorea plastids was monitored up to seven days. The involvement of plastid-encoded FtsH, a key plastid maintenance protease, in recovery from photoinhibition in V. litorea was estimated in cycloheximide-treated cells. In vitro comparison of V. litorea and spinach thylakoids was applied to investigate ROS formation in V. litorea . Isolating V. litorea plastids triggered upregulation of ftsH and translation elongation factor EF-Tu ( tufA ). Upregulation of FtsH was also evident in cycloheximide-treated cells during recovery from photoinhibition. Charge recombination in PSII of V. litorea was found to be fine-tuned to produce only small quantities of singlet oxygen ( 1 O 2 ). Our results support the view that the genetic characteristics of the plastids themselves are crucial in creating a photosynthetic sea slug. The plastid’s autonomous repair machinery is likely enhanced by low 1 O 2 production and by upregulation of FtsH in the plastids. Highlight Isolated Vaucheria litorea plastids exhibit upregulation of tufA and ftsH , key plastid maintenance genes, and produce only little singlet oxygen. These factors likely contribute to plastid longevity in kleptoplastic slugs.

Abstract Sacoglossa sea slugs have garnered attention due to their ability to retain intracellular functional chloroplasts from algae, while degrading other algal cell components. While protective mechanisms that limit oxidative damage under excessive light are well documented in plants and algae, the photoprotective strategies employed by these photosynthetic sea slugs remain unresolved. Species within the genus Elysia are known to retain chloroplasts from various algal sources, but the extent to which the metabolic processes from the donor algae can be sustained by the sea slugs is unclear. By comparing their responses to high light conditions through kinetic analyses, molecular techniques, and biochemical assays, this study highlights significant differences between two photosynthetic Elysia species with chloroplasts derived from the green alga Acetabularia acetabulum . Notably, Elysia timida displayed remarkable tolerance to high light stress and sophisticated photoprotective mechanisms such as an active xanthophyll cycle, efficient D1 protein recycling, accumulation of heat-shock proteins and α-tocopherol. In contrast, Elysia crispata exhibited absence or limitations in these photoprotective strategies. Our findings emphasize the intricate relationship between the host animal and the stolen chloroplasts, highlighting different capacities to protect the photosynthetic organelle from oxidative damage.

Sacoglossan sea slugs are able to maintain functional chloroplasts inside their own cells, and mechanisms that allow preservation of the chloroplasts are unknown. We found that the slug Elysia timida inflicts changes to the photosynthetic light reactions of the chloroplasts it steals from the alga Acetabularia acetabulum . Working with a large continuous laboratory culture of both the slugs (>500 individuals) and their prey algae, we show that the plastoquinone pool of slug chloroplasts remains oxidized, which can suppress reactive oxygen species formation. Slug chloroplasts also rapidly build up a strong proton motive force upon a dark-to-light transition, which helps them to rapidly switch on photoprotective non-photochemical quenching of excitation energy. Finally, our results suggest that chloroplasts inside E. timida rely on flavodiiron proteins as electron sinks during rapid changes in light intensity. These photoprotective mechanisms are expected to contribute to the long-term functionality of the chloroplasts inside the slugs.### Competing Interest Statement