Elucidando poblaciones de fagos marinos portadores de Genes Metabólicos Auxiliares (AMGs) involucrados en los ciclos biogeoquímicos de Antártica

Abstract

La Península Antártica Occidental (WAP; por sus siglas en inglés) ha sufrido un aumento de temperatura durante los últimos años, afectando directa o indirectamente la producción primaria en el ambiente marino. El efecto de factores abióticos en las comunidades microbianas de Antártica ha sido estudiado profundamente, sin embargo, el efecto de los factores bióticos como los virus ha sido muy poco explorado. Bahía Chile es un ecosistema representativo de los ambientes costeros de la WAP, influenciado por la entrada de agua dulce debido al derretimiento de glaciares cercanos, y en la cual las comunidades microbianas cambian anualmente debido a diferentes escenarios ambientales. El objetivo de esta memoria es elucidar la estructura, composición y potencial función de la comunidad de bacteriófagos, como agentes relevantes que impactan la estructura y composición de la comunidad bacteriana, a una escala de varios años con condiciones productivas distintas en Bahía Chile. En esta memoria se analizó la composición taxonómica de fagos de ocho metagenomas obtenidos en el verano austral del 2014 al 2019. Además, se realizó la búsqueda y evaluación de la relevancia de esta comunidad de fagos como portadores de genes metabólicos auxiliares (AMGs; por sus siglas en inglés) que pueden modular cambios en el metabolismo de bacterias hospederas involucradas en los ciclos biogeoquímicos de Bahía Chile. Los resultados demuestran una ubicua y marcada presencia de comunidades virales del tipo ADN (1966 vOTUs) pertenecientes a las familias Myoviridae (la más abundante al igual que en muchas otras regiones marinas del mundo), Siphoviridae, Podoviridae infectando al bacterioplancton, y Phycodnaviridae infectando a miembros del fitoplancton formadores de florecimientos relevantes en estas aguas polares. Ningún vOTU fue compartido entre las aguas marinas y el hielo de glaciar Fuerza Aerea cercano a la Bahía, por lo que se sugiere un bajo efecto de la comunidad viral por efecto del deshielo sobre las comunidades marinas en la bahía. El perfil viral proteico obtenido, muestra la presencia de 7 AMGs previamente descritos en la literatura, y 3 posibles AMGs nunca anteriormente descritos en ningún otro estudio, y que estarían involucrados en los ciclos del carbono (GT2, GT102, dut, thyA y dcd), biosíntesis de cobalamina (cobS), adquisición de nitrógeno orgánico (M17), ciclo del azufre (dcm), y estructura del ribosoma (rpsA y rpsU). Todo lo anterior sugiere, que estos virus podrían estar regulando la dinámica y el fitness de sus comunidades hospederas, modificando durante la infección procesos ecológicos relevantes como el ciclado de C, N y S en esta región. Esta memoria permite un mejor entendimiento del rol viral en el ambiente costero de Antártica, una región del planeta altamente afectada por el calentamiento global.

The Western Antarctic Peninsula (WAP) has undergone an increase in temperature during the last few years, directly or indirectly affecting primary production in the marine environment. The effect of abiotic factors on Antarctic microbial communities has been studied in depth, however, the effect of biotic factors such as viruses has been poorly explored. Chile Bay is a representative ecosystem of the coastal environment of the WAP, influenced by freshening due to the melting of nearby glaciers, and in which summer microbial communities change annually due to different environmental scenarios. The aim of this study is to elucidate the structure, composition and potential function of the bacteriophage community, as relevant agents that impact the structure and composition of the bacterial community, at a scale of several years with different productive conditions in Chile Bay. In this study, the phages taxonomic composition of eight metagenomes obtained in the austral summer from 2014 to 2019 was analyzed. In addition, we searched for and evaluated the relevance of this phage community as carriers of auxiliary metabolic genes (AMGs) that can modulate changes in the metabolism of host bacteria involved in the biogeochemical cycles of Chile Bay. The results demonstrate a ubiquitous and marked presence of DNA viral communities (1966 vOTUs) belonging to the families Myoviridae, Siphoviridae, Podoviridae infecting bacteriplankton, and Phycodnaviridae infecting phytoplankton members that form relevant blooms in these polar waters. No vOTUs were shared between the marine waters and the Fuerza Aerea glacier ice near the Bay, suggesting a low effect of the viral community due to the effect of melting ice on the marine communities in the bay. The viral protein profile obtained shows the presence of 7 AMGs previously described in the literature, and 3 possible AMGs never previously described in any other study, and that would be involved in the carbon cycle (GT2, GT102, dut, thyA y dcd), organic nitrogen acquisition (M17), sulfur cycle (dcm) and ribosome structure (rpsA y rpsU). All of the above suggests that these viruses could be regulating the dynamics and fitness of their host communities, modifying during infection relevant ecological processes within the C, N and S cycles in this region. This study allows a better understanding of the viral role in the coastal environment of Antarctica, a region of the planet highly affected by global warming.