O fitoplâncton e bacterioplâncton são amplamente distribuídos em ecossistemas aquáticos, além disso são componentes fundamentais para a estrutura das teias alimentares e manutenção de ciclos biogeoquímicos. O nitrogênio é um elemento essencial para o crescimento desses microrganismos, por isso a crescente e excessiva entrada de nutrientes nitrogenados na água em reservatórios é capaz de alterar a dinâmica dessas comunidades. Geralmente o fitoplâncton e o bacterioplâncton não são estudados simultaneamente, e pouco se conhece sobre os seus papéis no metabolismo do nitrogênio em reservatórios subtropicais. Diante do exposto, o objetivo geral dessa pesquisa foi caracterizar as comunidades fitoplanctônicas e bacterianas, além de avaliar a influência delas sobre rotas metabólicas do nitrogênio, em dois reservatórios subtropicais, Itupararanga e Lobo localizados no estado de São Paulo (Brasil). No capítulo 1 é apresentada uma visão geral sobre a estrutura das comunidades bacterianas e fitoplanctônicas, incluindo o picofitoplâncton que é frequentemente não avaliado em muitos estudos realizados em reservatórios. As comunidades microbianas apresentaram variação espaço-temporal e bactérias heterotróficas foram correlacionadas com o fitoplâncton. As picocianobactérias ricas em ficocianinas co-dominaram com o picofitoplâncton eucarionte na maioria das amostras. As variáveis ambientais que influenciaram as três comunidades foram pH, condutividade elétrica e transparência da água, entretanto o nitrogênio inorgânico dissolvido (DIN) e carbono orgânico dissolvido (DOC) foram importantes estruturadores do fitoplâncton e de bactérias heterotróficas. No capítulo 2 são abordadas as relações entre a composição microbiana com o metabolismo do nitrogênio. As análises metagenômicas e experimentos com traçadores isotópicos (¹⁵N-NO₃^- e ¹⁵N-NH₄⁺) mostraram que cianobactérias desempenham um papel chave nas rotas metabólicas do nitrogênio, uma vez que esses microrganismos apresentaram alto potencial genético para fixação de nitrogênio atmosférico e alto potencial para assimilação de nitrato. Entre as cianobactérias, Nostocaceae foi a família mais abundante e foi representada principalmente por Raphidiopsis raciborskii na barragem de Itupararanga. Entre bactérias heterotróficas, foram observadas altas abundancias relativas de Burkholderiaceae e Comamonadaceae. Genes associados aos processos de assimilação de amônio, amonificação e desnitrificação foram taxonomicamente filiados a diferentes famílias de bactérias heterotróficas. Entretanto, em ambos os reservatórios a comunidade microbiana apresentou baixo potencial genético para desnitrificação e genes associados a processos de nitrificação não foram detectados. Por fim, essa pesquisa mostrou que o uso de diversas ferramentas para estudo do fitoplâncton e bacterioplâncton, simultaneamente, é muito importante para ampliar os conhecimentos sobre estrutura e metabolismo desses microrganismos em ambientes aquáticos.

The phytoplankton and bacterioplankton are widely distributed in aquatic ecosystems. They are key components for the structure of the food webs and maintenance of biogeochemical cycles. Nitrogen is an essential element for the growth of these microorganisms, so the increasing and excessive inputs of nitrogenous nutrients in the water can change the dynamics of these communities. Phytoplankton and bacterioplankton are usually not studied simultaneously, and little information are fund about their role in nitrogen metabolism in subtropical reservoirs. Given the above, the general aim of this research was to characterize the phytoplanktonic and bacterial communities and assess their influence on nitrogen metabolic paths in two subtropical reservoirs, Itupararanga and Lobo located in São Paulo (Brazil). Chapter 1 provides an overview of the structure of bacterial and phytoplankton communities, including picophytoplankton, which is often not evaluated in many studies. Microbial communities showed spatiotemporal variation and heterotrophic bacteria were correlated with phytoplankton. Phycocyanin-rich picocyanobacterial co-dominated with eukaryotic picophytoplankton in many samples. The environmental variables that have influenced the three communities were pH, electrical conductivity and water transparency, however, dissolved inorganic nitrogen (DIN) and dissolved organic carbon (DOC) were important structuralists of phytoplankton and heterotrophic bacteria. In chapter 2, the relationship between microbial composition and nitrogen metabolism is presented. Metagenomic analyzes and experiments with isotopic tracers (¹⁵N-NO₃^- and ¹⁵N-NH₄⁺) showed that cyanobacteria play a key role in the metabolic pathways of nitrogen. These microorganisms had high genetic potential for fixing atmospheric nitrogen and high potential for nitrate assimilation. Among cyanobacteria, Nostocaceae was the most abundant family and was represented mainly by Raphidiopsis raciborskii in the Itupararanga dam zone. Within heterotrophic bacteria, high relative abundances of Burkholderiaceae e Comamonadaceae were observed. Genes associated with ammonium assimilation, ammonification and denitrification process were taxonomically linked to different families of heterotrophic bacteria. However, in both reservoirs the microbial community showed low genetic potential for denitrification and genes related to nitrification processes were not detected. Finally, this research showed that the use of several tools to study phytoplankton and bacterioplankton simultaneously is especially important to expand knowledge about