Información eco-evolutiva sobre el ensamblaje del microbioma de Branchinecta gaini en la Península Antártica Occidental

Abstract

La Antártica, con sus bajas temperaturas y recursos limitados, favorece la dominancia de invertebrados en lugar de vertebrados. El microbioma de estos organismos desempeña funciones cruciales, como la estimulación del sistema inmunológico y la digestión, lo que impacta en su aptitud biológica. Esta relación evolutiva entre hospedador y microbioma se ve influenciada por procesos ecológicos y evolutivos, tanto estocásticos como determinísticos. Este estudio tiene como objetivo caracterizar las comunidades microbianas asociadas a Branchinecta gaini en dos microambientes (branquias e intestinos), el cual es un crustáceo endémico de ambientes acuáticos antárticos. A través de un enfoque metabarcoding del gen 16S rRNA, se analizó la composición y diversidad bacteriana en branquias e intestinos de poblaciones distribuidas en cuatro sitios de muestreo de la Península Antártica, se identificó un core microbiano y se evaluó la influencia de factores biogeográficos y genéticos del hospedero en la estructura de estas comunidades microbianas. Se obtuvo como resultado que los microbiomas son tejido-específicos con marcadas diferencias significativas entre las comunidades microbianas en branquias e intestinos. El microbioma branquial es más susceptible a las variaciones ambientales y geográficas, pues los microbiomas intestinales son consistentes en presencia/ausencia de taxones y su abundancia, en contraste con los microbiomas de branquias. Además, se identificaron 46 OTUs en branquias y 62 OTUs en intestinos candidatas a conformar el core microbiano de B. gaini. El microbioma de branquias se ensambla mayoritariamente a través de procesos estocásticos (Deriva Ecológica) y el ensamblaje del microbioma de intestinos se ve influenciado principalmente por procesos determinísticos (Selección Homogénea). La deriva ecológica fue el proceso ecológico dominante, que moldea estas comunidades microbianas tejido-específicas. La composición del microbioma de intestinos se ven modelados por múltiples factores, donde la combinación de geografía, clima y genoma del hospedero explican una parte significativa de la variación en la composición de las comunidades microbianas, en contraste con branquias donde el 56% de la variación permanece sin explicar, pudiendo ser otros procesos estocásticos aun no considerados los que influyan mayoritariamente la composición del microbioma branquial. Los resultados de esta investigación proporcionan nuevos conocimientos sobre las interacciones hospedero-microbioma en la única especie de crustáceo anostráceo presente en los hábitats lacustres de la Antártida marítima.

Antarctica, with its low temperatures and limited resources, favors the dominance of invertebrates over vertebrates. The microbiome of these organisms plays crucial roles, such as immune system stimulation and digestion, which impacts their biological fitness. This evolutionary relationship between host and microbiome is influenced by ecological and evolutionary processes, both stochastic and deterministic. This study aims to characterize the microbial communities associated with Branchinecta gaini in two microenvironments (gills and intestines), which is a crustacean endemic to Antarctic aquatic environments. Through a metabarcoding approach of the 16S rRNA gene, the bacterial composition and diversity in gills and intestines of populations distributed in four sampling sites of the Antarctic Peninsula were analyzed, a microbial core was identified and the influence of biogeographic and genetic factors of the host on the structure of these microbial communities was evaluated. Microbiomes were found to be tissue-specific with significant differences between gill and gut microbial communities. The gill microbiome is more susceptible to environmental and geographic variations, as gut microbiomes are consistent in presence/absence of taxa and their abundance, in contrast to gill microbiomes. In addition, 46 gill OTUs and 62 gut OTUs were identified as candidates for the core microbial community of B. gaini. The gill microbiome is mostly assembled through stochastic processes (Ecological Drift) and the gut microbiome assembly is mainly influenced by deterministic processes (Homogeneous Selection). Ecological drift was the dominant ecological process shaping these tissue-specific microbial communities. The composition of the gut microbiome is shaped by multiple factors, where the combination of geography, climate and host genome explain a significant part of the variation in the composition of microbial communities, in contrast to gills where 56% of the variation remains unexplained, and other stochastic processes not yet considered may be the main influences on the composition of the gill microbiome. The results of this research provide new insights into host-microbiome interactions in the only anostracean crustacean species present in the lake habitats of maritime Antarctica.