3.06 Tesis doctorado

Permanent URI for this collection

https://repositorio.uc.cl/handle/11534/3286

Browse

Browsing 3.06 Tesis doctorado by Author "Alcamán Arias, María Estrella"

Now showing 1 - 1 of 1
  • Thumbnail Image
    Item
    Effects of temperature on carbon and nitrogen metabolisms of porcelana microbial mat community : rates, strategies and gene expression
    (2016) Alcamán Arias, María Estrella; Diez Moreno, Beatriz; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
    Los tapetes microbianos asociados a sistemas termales se caracterizan por ser ecosistemas dinámicos y complejos, exhibiendo heterogeneidad espacial y temporal. Estos sistemas han sido estudiados por décadas ya que representan modelos de estudio ideales para entender los principios de la ecología microbiana. La comunidad del tapete microbiano en el gradiente de temperatura (66, 58 y 48°C) del sistema termal no ácido de Porcelana (Patagonia Norte de Chile), se investigó mediante aproximaciones integrativas como; secuenciación masiva de ADN/ARN, carbono (H13CO3) y nitrógeno (15N2, 15NH4Cl y K15NO3) isotópicamente marcado, y ensayos en cultivos bajo condiciones controladas de laboratorio. La composición taxonómica del tapete microbiano reveló que los taxones pertencientes a Chloroflexi y Cianobacteria fueron frecuentes y dominantes (>80% de la comunidad total) a lo largo del gradiente de temperatura, co-ocurriendo a temperaturas intermedias, y contribuyendo con los metabolismos activos más representativos tales como; fotosíntesis, fijación de CO2 y nitrógeno, así como los ciclos de azufre, fósforo y hierro. En particular, los miembros de Chloroflexi (Roseiflexus sp. y Chloroflexus sp.) fueron >90% responsables de todos los metabolismos energéticos activos y de nutrientes encontrados a 66°C, mientras que las Cianobacterias (Mastigocladus sp.) contribuyeron mayoritariamente a 58°C, con un máximo a temperaturas menores (48°C). Tres vías de fijación de carbono: Calvin-Benson (usado por miembros de las Cianobacterias), biciclo 3- Hidroxipropionato (usado por miembros de los Chloroflexi) y ciclo Hidroxipropionatohidroxibutirato (usado por miembros de las Archaeas) fueron representados a lo largo del gradiente de temperatura en el tapete de Porcelana. Perfiles taxonómicos similares fueron obtenidos para las rutas del ciclo del nitrógeno, donde las cianobacterias tuvieron un papel primordial en la incorporación de nitrógeno nuevo en el tapete microbiano. Dada la gran importancia de las cianobacterias en el tapete microbiano de Porcelana, la distribución y diversidad de sus miembros diazotróficos se analizó a lo largo del gradiente de temperatura en un período interanual (2009, 2011-2013). Este estudio reveló un predominio del género filamentoso con heterocistos Mastigocladus (Orden Stigonematales), que pertenece a la subsección V, a lo largo de todo el gradiente de temperatura (69-38ºC). De acuerdo con esto, la actividad in situ de la enzima nitrogenasa, la captación celular de 15N2, y la expresión del gen nifH, demostraron que la fijación de nitrógeno es dependiente de luz, detectándose a temperaturas entre los 46 a 58°C pero no a 66ºC. Este patrón de actividad sugiere fuertemente la presencia y actividad de cianobacterias con heterocistos, revelando una correlación positiva entre la actividad de la enzima nitrogenasa y la expresión del gen nifH durante ciclos diurnos en el tapete microbiano. La contribución de la fijación de N y C fue de aproximadamente 3 g de N m-2 año-1 y 27 g C m-2 año-1 , respectivamente, sugiriendo que las demandas de estos compuestos son alcanzadas completamente por la actividad diazotrófica y autótrofa de las cianobacterias Stigonematales presentes en el sistema termal de Porcelana. La cianobacteria Stigonematal cepa CHP1, aislada desde el sistema termal de Porcelana fue caracterizada morfológica y genéticamente, siendo identificada como Mastigocladus sp., presentando un carácter moderadamente termófilo (crece a 50°C pero no a 60°C). Mastigocladus sp. cepa CHP1 fija nitrógeno (actividad nitrogenasa) en periodos de luz independientemente de la temperatura. El patrón de expresión del gen nifH mostró fluctuación a 50ºC, mientras que a 45°C la expresión del gen permanecio constante durante el período de luz/oscuridad, sugiriendo aritmicidad. Una alta afinidad para el nitrato y una baja tolerancia a altas concentraciones de amonio fueron evidenciadas para la cepa CHP1, por lo tanto, sugiriéndose cierta plasticidad respecto a la utilización de diferentes fuentes de nitrógeno para esta cepa. Se propone que Mastigocladus sp. cepa CHP1, y probablemente otros miembros cercanos, son relevantes en tapetes microbianos colonizados por estos representantes del Orden Stigonematal, siendo uno de los principales actores en sistemas termales como Porcelana contribuyendo a la incorporación de nitrógeno nuevo a través de la fijación biológica de nitrógeno.