Seasonality of marine prokaryotes using taxonomic and functional diversity approaches

Els oceans són ecosistemes dominats per microbis, i els bacteris i els arqueus hi juguen papers clau en els cicles biogeoquímics. En oceans temperats, els canvis estacionals determinen la composició del microbioma a través de les adaptacions de nínxol de les diferents espècies. En aquesta tesi he analitzat l’estacionalitat del microbioma marí usant una sèrie temporal de llarga durada obtinguda a l’Observatori Microbià de la Badia de Blanes per entendre els canvis estacionals mitjançant di verses aproximacions moleculars. A partir de seqüències d’amplicons del gen de l’RNA ribosòmic (16S) he avaluat la dinàmica estacional dels principals grups bacterians durant onze anys, exami nant com són de similars els nínxols temporals de taxons relacionats estretament, i quins són els paràmetres que modulen els seus patrons d’estacionalitat. També he explorat com de conservat és aquest nínxol en els nivells taxonòmics més alts. La comunitat presenta patrons estacionals de recurrència en 297 de les 6725 variants d’amplicons que apareixen, la qual cosa suposa gairebé la meitat de l’abundància relativa total (47%) de seqüències. Per a determinats gèneres, la similitud de nínxol disminueix amb l’increment de divergència en nucleòtids del gen del 16S rRNA, un patró compatible amb selecció de taxons similars per mitjà del filtratge ambiental. També he observat diferents patrons estacionals entre taxons del mateix gènere. A continuació vaig centrar l’anàlisi en els patrons estacionals d’un grup funcional concret. Utilitzant el gen pufM com a marcador dels bacteris aeròbics anoxigènics fotoheterotròfics −un grup funcional rellevant a la xarxa tròfica mari na− he avaluat les seves dinàmiques temporals a través d’anàlisis multivariants i de co-ocurrència. El filogrup K (Gammaproteobacteria) és el grup dominant a l’estructura de la comunitat durant totes les estacions de l’any, amb els filogrups E i G (Alphaproteobacteria) dominants durant la primavera. Els índexs de diversitat presenten un patró estacional clar, amb els valors màxims durant l’hivern i presentant una relació inversa amb l’abundància. Després vam ampliar aquest anàlisi a 21 fun cions biogeoquímiques fent ús de set anys de dades metagenòmiques de l’observatori de Blanes. La majoria dels gens presenten un patró estacional d’abundància: els processos fotoheterotròfics enriquits durant la primavera, els gens relacionat amb l’adquisició de fòsfor dominant durant l’estiu coincidint amb una major limitació de fòsfor, i els enzims de reducció assimilatòria de nitrat correla cionant negativament amb la disponibilitat de nitrat. També he identificat els taxons principals que contenen cada gen funcional, i he demostrat que, per alguns grups, l’estacionalitat a nivell de família és diferent de la del seu repertori gènic, indicant que els taxons dins del mateix grup presenten es pecialització funcional. Finalment, he complementat la visió descriptiva dels canvis temporals amb experiments de manipulació per avaluar com els processos bottom-up i top-down influencien la selecció d’organismes durant les diferents estacions. He modificat experimentalment la presència de depredadors, de virus, la limitació per nutrients (diluint les mostres amb aigua sense microorga nismes) i la llum en mostres de la Badia de Blanes en diferents estacions i he avaluat el creixement de diferents organismes definits a partir de genomes construïts a partir de metagenomes (MAGs, de les sigles en anglès). Vaig recuperar 262 MAGs, principalment de les classes Rhodobacterales, 24 Seasonality of marine prokaryotes using taxonomic and functional diversity approaches Flavobacteriales i Alteromonadales. L’estació de l’any i el tractament influeixen la composició de la comunitat, amb el 26% dels MAGs identificats com a indicadors dels tractaments control, el 24% indicant tant el tractament control com el de reducció de depredadors, el 12.8% indicant tant el tractament de reducció de virus com el tractament diluït, i el 7.3% indicant el tractament de reducció de depredadors. Els MAGs afiliats a Flavobacteriaceae creixien majoritàriament al tractament amb reducció de depredadors, amb diferents espècies a cada estació, mentre que les especies afiliades a Alteromonadaceae i Sphingomonadaceae creixien preferentment als tractaments de reducció víri ca i diluït indistintament de l’estació. En termes generals, aquesta tesi presenta nous resultats sobre els patrons estacionals de grups taxonòmics i funcionals rellevants a l’oceà costaner superficial per mitjà de la integració d’informació obtinguda usant diverses tècniques moleculars i diverses aproximacions experimentals aplicades a sèries temporals de llarga durada.