Molecular complexity of the differential growth of freshwater diatom species along pH gradients

Resum

Aquesta tesi proporciona una visió general dels mecanismes moleculars que responen a una àmplia gamma de condicions de pH en espècies de diatomees d'aigua dolça filogenèticament diferents. Les diatomees són un grup divers d'algues eucariotes dins dels estramenòpils (heteroconts). Constitueixen un dels grups aquàtics més dominants i ubics, duent a terme funcions ecològiques i biogeoquímiques importants. Les diatomees es van originar en aigües marines fa uns 190 milions d'anys i, posteriorment, diferents clades han envaït hàbitats d'aigua dolça. Degut a l'amortiment del pH de l'oceà, és probable que els gradients continentals de pH siguin un dels principals impulsors del canvi evolutiu. Les diatomees d'aigua dolça són molt sensibles als canvis ambientals de pH. No obstant això, existeix poca informació sobre els mecanismes genètics que expliquen aquesta sensibilitat i la resultant segregació d'espècies al llarg del gradient de pH. L'objectiu principal d'aquesta tesi era investigar les respostes moleculars de diatomees d'aigua dolça filogenèticament distants a una àmplia gamma de condicions de pH, en particular als ambients àcids. Per a això, es van conrear dotze soques de diatomees en condicions àcides, neutres i alcalines en un experiment de transplantació. Les dotze soques englobaven un ampli ventall filogenètic dins del clade de diatomees pennades rafídiques, incloent-hi espècies dels gèneres Nitzschia, Tryblionella, Eunotia, Navicula, Achnanthidium, Gomphonema i Encyonopsis. Les dotze soques van mostrar patrons de creixement contrastats al llarg del gradient de pH, amb una aparent conservació filogenètica del nínxol de pH restringida a rangs taxonòmics inferiors i amb força variable entre clades. Els canvis ambientals de pH van provocar la regulació d'una gran quantitat de funcions moleculars i processos biològics en les diatomees. Moltes proteïnes afectades estaven implicades en l'ajust de l'expressió en resposta a estímuls, presumiblement per a satisfer requisits fisiològics dictats per factors ambientals. Aquest estudi demostra que les respostes als canvis de pH de funcions conegudes van mostrar una especificitat de soca substancial malgrat que les soques compartien una proporció significativa d'aquestes funcions. Això pot ser conseqüència de la considerable diferenciació genètica observada entre soques. L'estudi també identifica molècules sensibles al pH potencialment relacionades amb l'extrusió de protons, els mecanismes de concentració de carboni (CCM) de les diatomees i la biomineralizació del silici. El creixement i les respostes moleculars van mostrar que el pH àcid és un entorn ecològicament més diferent que les condicions de pH neutre i alcalí per a les diatomees. El caràcter distintiu del pH àcid com a desafiament eco-evolutiu està probablement relacionat amb l'origen marí de les diatomees i l'àmplia distribució regional d'aigües dolces amb pH neutre en tot el planeta. És probable que la supervivència a pH àcid requereixi l'aparició de noves adaptacions específicament dirigides a aquestes condicions, la qual cosa concorda amb el fet que l'aleatorietat mutacional exerceixi un paper rellevant en l'evolució adaptativa. Aquesta recerca és el primer pas essencial per a descobrir els mecanismes que expliquen la sensibilitat de les diatomees al pH, que fins ara s'havia passat per alt malgrat que el pH és un factor ecològic principal de la segregació d'espècies de diatomees en aigües continentals. Aquest estudi mostra una notable variabilitat interespecífica en les respostes a la variació del pH i aporta proves que els ambients àcids representen un entorn desafiador per a les diatomees des d'una perspectiva eco-evolutiva. L'augment antropogènic de l'acidesa en ambients d'aigua dolça accentua encara més la importància de dilucidar els mecanismes genètics que expliquen a la tolerància al pH, particularment als ambients àcids.

Data del Ajut	30 de jul. 2024
Idioma original	Anglès
Supervisor	Marisol Felip Benach (Director/a) & Jordi Catalan Aguila (Director/a)