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

Resumen

Esta tesis proporciona una visión general de los mecanismos moleculares que responden a una amplia gama de condiciones de pH en especies de diatomeas de agua dulce filogenéticamente distintas. Las diatomeas son un grupo diverso de algas eucariotas pertenecientes a los estramenopilos (heterocontos). Constituyen uno de los grupos aquáticos más dominantes y ubicuos, desempeñanando importantes funciones ecológicas y biogeoquímicas. Las diatomeas se originaron en aguas marinas hace unos 190 millones de años, y diferentes clados han invadido posteriormente hábitats de agua dulce. Dado el amortiguamiento del pH del océano, es probable que los gradientes continentales de pH sean uno de los principales impulsores del cambio evolutivo. Las diatomeas de agua dulce son muy sensibles a los cambios ambientales de pH. Sin embargo, existe poca información sobre los mecanismos genéticos que subyacen a esta sensibilidad y a la resultante segregación de especies a lo largo del gradiente de pH. El objetivo principal de esta tesis era investigar las respuestas moleculares de diatomeas de agua dulce filogenéticamente distantes a una amplia gama de condiciones de pH, en particular a los ambientes ácidos. Para ello, se cultivaron doce cepas de diatomeas en condiciones ácidas, neutras y alcalinas en un experimento de transplantación. Las doce cepas abarcaban un amplio rango filogenético dentro del clado de diatomeas pennadas rafídicas, incluyendo especies de los géneros Nitzschia, Tryblionella, Eunotia, Navicula, Achnanthidium, Gomphonema y Encyonopsis. Las doce cepas mostraron patrones de crecimiento contrastados a lo largo del gradiente de pH, con un aparente conservadurismo filogenético del nicho de pH restringido a rangos taxonómicos inferiores y con fuerza variable entre clados. Los cambios ambientales de pH provocaron la regulación de una gran cantidad de funciones moleculares y procesos biológicos en las diatomeas. Muchas proteínas afectadas estaban implicadas en el ajuste de la expresión en respuesta a estímulos, presumiblemente para satisfacer requisitos fisiológicos dictados por factores ambientales. Este estudio demuestra que las respuestas a los cambios de pH de funciones conocidas mostraron una especificidad de cepa sustancial a pesar de que las cepas compartían una proporción significativa de estas funciones. Esto puede ser consecuencia de la considerable diferenciación genética observada entre cepas. El estudio también identifica moléculas sensibles al pH potencialmente relacionadas con la extrusión de protones, los mecanismos de concentración de carbono (CCM) de las diatomeas y la biomineralización de la sílice. El crecimiento y las respuestas moleculares mostraron que el pH ácido es un entorno ecológicamente más distinto que las condiciones de pH neutro y alcalino para las diatomeas. El carácter distintivo del pH ácido como desafío ecoevolutivo está probablemente relacionado con el origen marino de las diatomeas y la amplia distribución regional de aguas dulces con pH neutro en todo el planeta. Es probable que la supervivencia a pH ácido requiera la aparición de nuevas adaptaciones específicamente dirigidas a esas condiciones, lo que concuerda con que la aleatoriedad mutacional desempeñe un papel relevante en la evolución adaptativa. Esta investigación es el primer paso esencial para descubrir los mecanismos que subyacen a la sensibilidad de las diatomeas al pH, que hasta ahora se había pasado por alto a pesar de que el pH es un factor ecológico principal de la segregación de especies de diatomeas en aguas continentales. Este estudio muestra una notable variabilidad interespecífica en las respuestas a la variación del pH y aporta pruebas de que los ambientes ácidos representan un entorno desafiante para las diatomeas desde una perspectiva ecoevolutiva. El aumento antropogénico de la acidez en ambientes de agua dulce acentúa aún más la importancia de dilucidar los mecanismos genéticos que subyacen a la tolerancia al pH, particularmente a los ambientes ácidos.

Fecha de lectura	30 jul 2024
Idioma original	Inglés
Supervisor	Marisol Felip Benach (Director/a) & Jordi Catalan Aguila (Director/a)