Evaluation of the OPU approach in hypersaline environments

Resumen

Los microorganismos procariotas conforman la mayor parte de la riqueza biológica del planeta y su actual análisis ha incrementado considerablemente el conocimiento sobre su diversidad. En particular, el estudio de la microbiota de ambientes extremos, como pueden ser los hábitats ácidos o los hipersalinos son temas científicos prioritarios al ser utilizados como análogos de la vida primigenia. Los hábitats hipersalinos son considerados como ambientes extremos debido a su condiciones de elevada salinidad, radiación UV y temperatura. A pesar de estas condiciones extremas, en estos ambientes se puede encontrar vida en forma de organismos de los tres dominios de la vida: Bacterias, Archaea y Eukarya, y que se pueden encontrar en alta abundancia en estos hábitats. En la presente Tesis se analizan las comunidades microbianas que habitan en diferentes ambientes incluyendo salmueras y sedimentos de salinas de diferentes partes del mundo así como comunidades microbianas asociadas a plantas y animales usando una aproximación basada en Unidades Filogenéticas Operacionales (OPUs, del inglés Operational Phylogenetic Units) como unidad biológica. El uso de OPUs es el eje central de esta Tesis que se ha aplicado para elucidar diversidad, conectividad entre comunidades, así como la influencia de parámetros ambientales sobre las comunidades microbianas. A lo largo de esta Tesis se han usado diferentes técnicas combinando métodos de cultivo-dependientes (e.g. MALDI-TOF/MS) e independientes (pirosecuenciación por 454). Además nuestra aproximación no estuvo circunscrita a la descripción de la biodiversidad, sino que también hemos utilizado el uso de métodos estadísticos potentes tales como análisis multivariantes y otros como redes de co-ocurrencia para elucidar variaciones espaciales entre comunidades microbianas. En primera instancia, nos centramos en las comunidades microbianas asociadas a euhalófitas. Debido a la capacidad de estas plantas para concentrar sal en sus tejidos internos, se hipotetiza la posibilidad de encontrar microorganismos halófilos asociados con este micro-ambiente hipersalino. Los resultados confirman que la mayor parte de la comunidad tanto epífita como endófita está dominada por halófilos moderados y que una menor proporción es mesófila, probablemente debido a la compartimentalización interna de la planta. También hemos evidenciado el efecto de la distancia geográfica sobre las comunidades microbianas y la influencia de los parámetros fisicoquímicos del suelo rizosférico. Adicionalmente, esta tesis incluye la primera evidencia de la existencia de arqueas endófitas (principalmente Halococcus, Halorubrum y Haloquadratum) por secuenciación, presentando evidencias de microscopía y cultivos. Los resultados en salinas mostraron una fuerte dominancia de Euryarchaeota, Proteobacteria, Bacteroidetes y Firmicutes en los diferentes hábitats estudiados. Sin embargo, hemos detectado variaciones en las abundancias de taxones específicos tanto en Archaea como en Bacteria a diferentes escalas espaciales (e.g. la diferenciación espacial de las comunidades en salinas distantes). Además hemos encontrado grupos no descritos previamente en los ambientes analizados. Asimismo, mediante OPUs se ha estudiado la microbiota que habita otro ambientes como la de la cavidad gástrica de la medusa Cothylorhiza tuberculata- Con la aproximación implementada, detectamos que los organismos clave estaban afiliados a los géneros Spiroplasma, Thalassospira, Tenacibaculum y Vibrio. Algunos de estos OPUs son considerados potencialmente patógenos y sus huéspedes (medusas) pueden ser un mecanismo de dispersión. Algunas potenciales aplicaciones biotecnológicas generadas a partir de este trabajo incluyen la identificación de cepas con capacidad promotora de crecimiento vegetal y que pueden ser empleados como biofertilizantes. Las bases de datos generadas a lo largo de la Thesis, fueron usadas para realizar un análisis sobre la idoneidad del uso de OPUs frente el uso tradicional de OTUs. Las herramientas empleadas en este trabajo han generado una visión más precisa de la diversidad microbiana en ambientes salinos e hipersalinos. Finalmente, los resultados de esta tesis permiten ampliar nuestro conocimiento sobre la diversidad y patrones biológicos de las comunidades microbianas usando un método filogenético más detallado que el uso de OTUs.