Abstract Algae and cyanobacteria are microorganisms found in almost all fresh and marine waters, where they can pose environmental and public health risks when they grow excessively and produce blooms. Accurate identification and quantification of these microorganisms are vital for ecological research, water quality monitoring, and public health safety. However, traditional methods of manually counting and morphologically identifying these microorganisms are time-consuming and prone to human error. Application of the machine learning-driven Fast Segment Anything Model (FastSAM), an image segmentation model, automates and potentially enhances the accuracy and efficiency of cell identification and enumeration from microscopic images. We assessed FastSAM for algal cell image segmentation, and three clustering evaluation metrics. Segmentation of microscopic images of algal and cyanobacterial cells in water and treated wastewater samples using the Convolutional Neural Network based FastSAM algorithm demonstrated benefits and challenges of this machine learning-driven image processing. Notably, the pre-trained algorithm segmented entire elements in all microscopic images used in this study. Depending on the shape, 50-100% similarity was observed between machine-based segmentation and manual validation of all segmented elements, with 100% of single cells being correctly segmented by FastSAM. The performance of clustering metrics varied between 57-94% with the Spectral Angle Mapper achieving the most accurate performance, 84-94%, compared to the manually chosen clustering benchmarks. Cyanobacterial and algal communities are biologically diverse and have ecological significance. The application of image clustering techniques in studying their cell shapes marks an important advancement in microbial ecology and environmental monitoring. As technology progresses, these methods will become increasingly utilised to decipher the complex roles that algae and cyanobacteria play in our ecosystems supporting mitigation and public health protection measures.

Abstract Corals rely on a wide range of microorganisms for their functioning, including intracellular dinoflagellates (Symbiodiniaceae) and bacteria. Marine heatwaves trigger the loss of Symbiodiniaceae from coral tissues - coral bleaching - often leading to death. While coral-bacteria interactions are widely studied, Symbiodiniaceae-bacteria interactions have remained largely uninvestigated. Here, we provide a genomic analysis of 49 bacteria, spanning 16 genera, that closely associate with six cultured Symbiodiniaceae species. We analyzed bacterial functional potential by focusing on potentially beneficial functions for the Symbiodiniaceae host, including B vitamin synthesis and antioxidant abilities, which may be crucial for Symbiodiniaceae heat tolerance and in turn coral resistance to thermal bleaching. These analyses suggest a wide potential for B vitamin synthesis and the scavenging of reactive oxygen species (through the production of carotenoids or antioxidant enzymes), and possibly the transfer of organic carbon to host cells. Single nucleotide polymorphism analysis between bacteria isolated from wild-type and heat-evolved Symbiodiniaceae cultures revealed that exposure to long-term elevated temperature has resulted in mutations in genes known to be involved in host-symbiont interactions, such as secretion systems. Climate change may therefore modify how Symbiodiniaceae and bacteria interact. This study provides an overview of the possible roles of Symbiodiniaceae-associated bacteria in Symbiodiniaceae functioning and heat tolerance, reinforcing the need for further studies of such interactions to fully understand coral biology and climate resilience. Importance Symbiotic microorganisms are crucial for the survival of corals and their resistance to coral bleaching in the face of climate change. However, the impact of microbe-microbe interactions on coral functioning is mostly unknown, but could be essential factors for coral adaption to future climates. Here, we investigated interactions between cultured dinoflagellates of the Symbiodiniaceae family, essential photosymbionts of corals, and associated bacteria. By assessing the genomic potential of 49 bacteria, we found that they are likely beneficial for Symbiodiniaceae, through the production of B vitamins and antioxidants. Additionally, bacterial genes involved in host-symbiont interactions, such as secretion systems, accumulated mutations following long-term exposure to heat, suggesting symbiotic interactions may change under climate change. This highlights the importance of microbe-microbe interactions in coral functioning.

The sea anemone, Exaiptasia diaphana, commonly known as Exaiptasia pallida or Aiptasia pallida, has become increasingly popular as a model for cnidarian-microbiome symbiosis studies due to its relatively rapid growth, ability to reproduce sexually and asexually, and symbiosis with diverse prokaryotes and the same microalgal symbionts (family Symbiodiniaceae) as its coral relatives. Clonal E. diaphana strains from Hawaii, the Atlantic Ocean, and Red Sea are now established for use in research. Here, we introduce Great Barrier Reef (GBR)-sourced E. diaphana strains as additions to the model repertoire. Sequencing of the 18S rRNA gene confirmed the anemones to be E. diaphana while genome-wide single nucleotide polymorphism analysis revealed four distinct genotypes. Based on Exaiptasia-specific inter-simple sequence repeat (ISSR)-derived sequence characterized amplified region (SCAR) marker and gene loci data, these four E. diaphana genotypes are distributed across several divergent phylogenetic clades with no clear phylogeographical pattern. The GBR E. diaphana genotypes comprised three females and one male, which all host Breviolum minutum as their homologous Symbiodiniaceae endosymbiont. When acclimating to an increase in light levels from 12 to 28 μmol photons m-2 s-1, the genotypes exhibited significant variation in maximum quantum yield of Symbiodiniaceae photosystem II and Symbiodiniaceae cell density. The comparatively high levels of physiological and genetic variability among GBR anemone genotypes makes these animals representative of global E. diaphana diversity and thus excellent model organisms. The addition of these GBR strains to the worldwide E. diaphana collection will contribute to cnidarian symbiosis research, particularly in relation to the climate resilience of coral reefs.

The rapid degradation of marine infrastructure at the low tide level due to accelerated low water corrosion (ALWC) is a problem encountered worldwide. Despite this, there is limited understanding of the microbial communities involved in this process. We obtained samples of the orange-coloured tubercles commonly associated with ALWC from two different types of steel sheet piling, located adjacent to each other but with different levels of localised corrosion, at a seaside harbour. The microbial communities from the outer and inner layers of the orange tubercles, and from adjacent seawater, were studied by pure culture isolation and metabarcoding of the 16S rRNA genes. A collection of 119 bacterial isolates was obtained from one orange tubercle sample, using a range of media with anaerobic and aerobic conditions. The metabarcoding results showed that sulfur and iron oxidisers were more abundant on the outer section of the orange tubercles compared to the inner layers, where Deltaproteobacteria (which includes many sulfate reducers) were more abundant. The microbial communities varied significantly between the inner and outer layers of the orange tubercles and also with the seawater, but overall did not differ significantly between the two steel sheet types. Metallurgical analysis found differences in composition, grain size, ferrite-pearlite ratio and the extent of inclusions present between the two steel types investigated.