Cianofagos del sistema hidrotermal Porcelana (Región de los Lagos, Chile) : diversidad, abundancia y asociación con cianobacterias termófilas de la subsección V

Abstract

Chile en particular es uno de los países del mundo que alberga una mayor variedad de ecosistemas considerados extremos, por tener condiciones hostiles para la vida. Estas condiciones suponen un obstáculo al cual los organismos que los habitan deben sobreponerse adoptando distintas estrategias de supervivencia. Uno de estos ambientes extremos son los sistemas hidrotermales que se encuentran repartidos a lo largo de toda nuestra geografía. En muchos de los sistemas termales de todo el mundo con la característica de poseer un pH neutro o alcalino, se ha descrito a las cianobacterias de la subsección V (Stigonematales) como uno de los principales organismos que impactan los ciclos biogeoquímicos sobre todo del carbono y nitrógeno. La adaptación a las altas temperaturas de este grupo tan relevante de microorganismos en estos sistemas no ha sido todavía muy estudiada. Una de las posibles causas que hasta la fecha no ha sido explorada, y que podría explicar esta adaptación, es el efecto positivo de su asociación con cianofagos, virus de DNA de doble hebra que las infectan. En otros ecosistemas acuáticos como el marino, se ha sugerido que la interacción cianofago-cianobacteria implica una marcada co-evolución por parte de ambos, lo que tiene un impacto ecológico preponderante. En ambientes marinos los cianofagos han sido estudiados tanto morfológica como filogenéticamente utilizando diversos marcadores moleculares y métodos de observación, mientras que estas metodologías no se han aplicado en relación a la caracterización de cianofagos en sistemas hidrotermales. Debido a este vacío en la literatura en relación a los cianofagos de sistemas termales, es que en el presente proyecto se plantea caracterizar la diversidad tanto morfológica como filogenética de cianofagos presentes tanto en muestras naturales como en aislados en cultivo de cianobacterias del sistema hidrotermal de Porcelana, localizado (42º 27’ 29.1’’S - 72º 27’ 39.3’’O) en la Patagonia norte de Chile (X Región de los Lagos). En este sistema termal prístino, se ha identificado la presencia (Mackenzie et al. 2013) y aislado en cultivo (Alcamán et al. 2017) de cianobacterias de la subsección V. Los miembros de este grupo son dominantes en los tapetes microbianos a temperaturas entre 40°C y 60ºC en este sistema. Se llevarán a cabo análisis morfológicos y estructurales mediante microscopía electrónica (TEM), así como análisis basados en marcadores genéticos como el gen g20 (correspondiente a una proteína de ensamblaje de la cápside viral), psbA (gen de proteína de fotosistema), g23 (codifica para MCP, proteína mayor de la cápside), dnapol (DNA polimerasa), entre otros; análisis de secuencias encontradas en los metagenomas, metatranscriptoma y metaviroma, y en el genoma de los aislados para la detección de profagos. Los resultados que se obtengan en este estudio particular en la terma Porcelana se espera proporcionen la primera información que ayude a identificar los principales cianofagos asociados a cianobacterias termófilas de la subsección V, ayudando así a dilucidar su rol ecológico en este sistema y quizás en muchos otros sistemas termales similares a este repartidos por todo el mundo

Chile in particular is one of the countries in the world that shelters a greater variety of ecosystems considered extreme, because of their hostile conditions to life. These conditions constitute an obstacle to which the organisms that inhabit them must overcome by adopting different strategies of survival. One of these extreme environments are hydrothermal systems that are distributed throughout our geography. In many of the thermal systems of the world with the characteristic of having a neutral or alkaline pH, subsection V cyanobacteria (Stigonematales) have been described as one of the main organisms impacting the biogeochemical cycles, especially carbon and nitrogen. The adaptation to the high temperatures of this group of relevant microorganisms in these systems has not yet been studied. One of the possible causes that until now has not been explored, and which could explain this adaptation is the positive effect of its association with cyanophages, double-stranded DNA viruses that infect them. In other aquatic ecosystems such as the marine, it has been suggested that the cyanophage-cyanobacteria interaction implies a marked co-evolution, which has a preponderant ecological impact. In marine environments, cyanophages have been studied both morphologically and phylogenetically using different molecular markers and observation methods, whereas these methodologies have not been applied in relation to the characterization of cyanophages in hydrothermal systems. The lack of information in the literature regarding on cyanophages of thermal systems, the present project aims to characterize the morphological and genetic diversity of cyanophages present in both natural and cyanobacterial culture isolates of the Porcelana hydrothermal system, located (42º 27 '29.1''S - 72º 27 '39.3''O) in the northern Patagonia of Chile (X Region de los Lagos). In this pristine thermal system, the presence (Mackenzie et al. 2013) and isolated in culture (Alcamán et al. 2017) of subsection V was identified. The members of this group are dominant in the microbial mats at temperatures between 40°C And 60°C in this system. Morphological and structural analyzes will be performed using electron microscopy (TEM), as well as analyzes based on genetic markers such as the g20 gene (corresponding to a viral capsid assembly protein), psbA (photosystem protein gene), g23 (Major capsid protein), dnapol (DNA polymerase), among others; analysis of sequences found in metagenomes, metatranscriptome and metavirome, and in the genome of the isolates for the detection of prophages. The results obtained in this particular study in the Porcelana termal system are expected to provide the first information that will help to identify the main cyanophages associated to thermophilic cyanobacteria of subsection V, helping to elucidate their ecological role in this system and perhaps in many other thermal systems similar to this one, spread all over the world