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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.21.2022.tde-06102022-105403
Document
Author
Full name
Ana Carolina Bercini Gusmão
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Signori, Camila Negrão (President)
Saia, Flavia Talarico
Araujo, Welington Luiz de
Title in Portuguese
Microbioma pelágico no Estreito de Gerlache (Península Antártica Ocidental) frente às mudanças climáticas globais
Keywords in Portuguese
Coluna d\'água
Comunidades Microbianas
Diversidade
Oceano Austral
Abstract in Portuguese
As mudanças climáticas é um dos principais fatores ocasionando alterações ambientais na criosfera e nos oceanos devido ao aumento das emissões de gases de efeito estufa na atmosfera. O Estreito de Gerlache é uma área caracterizada por alta produtividade biológica, confinada topograficamente e localizada na Península Antártica Ocidental (PAO), uma das áreas mais sensíveis às mudanças climáticas no planeta. Entender a estrutura, composição e principais fatores ambientais de influência das comunidades microbianas na coluna dágua do Estreito de Gerlache é um passo fundamental para antecipar possíveis efeitos das mudanças climáticas na composição e funções ecológicas dos microrganismos dessa região. O principal objetivo desse estudo foi acessar o microbioma marinho de Archaea e Bacteria do Estreito de Gerlache, caracterizando a diversidade, composição taxonômica e estrutura de comunidades, e determinar os principais fatores ambientais de influência no contexto das mudanças climáticas. Foram coletadas amostras de águas do mar das zonas epipelágica e mesopelágica e dados abióticos (salinidade, temperatura, oxigênio dissolvido) e bióticos (fluorescência) em dez estações oceanográficas durante as primaveras e verões austrais de 2013, 2014 e 2015. Através de técnicas moleculares, o DNA das 38 amostras foi extraído, a região V4 do gene 16S RNAr foi amplificada e sequenciada pela plataforma Illumina. As sequências foram analisadas através de ferramentas de Bioinformática. Nossos resultados mostraram a presença de 1279 ASVs, com dominância de Bacteria e revelaram que as comunidades microbianas são estruturadas pela sazonalidade e zonas pelágicas associadas às diferentes massas dágua. Amostras de águas profundas se mostraram mais diversas e ricas do que de superfície, inclusive para grupos raros. Em águas superficiais, o período de primavera teve maior riqueza de microrganismos do que o verão. A primavera apresentou uma mistura de táxons e metabolismos das duas zonas pelágicas encontradas no verão, mostrando importância na dinâmica sazonal das comunidades microbianas. O microbioma central foi composto por 19 ASVs de Bacteria, com composição similar à de outras regiões próximas na PAO. As famílias mais abundantes de bactérias foram Flavobacteriaceae, Cyanobacteria, Rhodobacteraceae, Thioglobaceae e Nitrincolaceae, enquanto que os táxons mais abundantes de arqueias foram Nitrosopumilaceae e Marine Group II da classe Thermoplasmata. As comunidades microbianas do Estreito de Gerlache demonstraram importância para os ciclos do carbono, nitrogênio e enxofre. Os principais parâmetros ambientais que influenciaram significativamente a riqueza das comunidades foram o nitrito e a salinidade, e para a diversidade, foram a temperatura e a salinidade. Outros parâmetros como nitrato, fosfato, silicato, amônia e fluorescência demonstraram importância secundária para a estrutura microbiana. As alterações nos parâmetros ambientais relacionadas às mudanças climáticas, como aumento de temperatura e alterações na salinidade apresentam uma alta possibilidade de afetar a composição, diversidade, riqueza e dinâmica sazonal das comunidades microbianas do Estreito de Gerlache, bem como os ciclos biogeoquímicos dos quais essas comunidades participam.
Title in English
Pelagic microbiome in the Gerlache Strait (Western Antarctic Peninsula) in the context of global climate change
Keywords in English
Diversity
Microbial Communities
Southern Ocean
Water Column
Abstract in English
Climate change is one of the most profund disturbances affecting the cryosphere and ocean systems due the consequences of increase greenhouse gases in the atmosphere. The Gerlache Strait is an area characterized by high biological productive, topographically confined area and localized in Western Antarctic Peninsula (WAP), one of the most sensitive areas to climate change in the planet. Understanding the structure, composition and environmental drivers in the microbial communities in the water column of Gerlache Strait is required to provide antecipate insights of climate change effects in the composition and ecological functions of these microbial communities in these region. The main goal of our study was to assess the marine microbiome of Archea and Bacteria of Gerlache Strait, characterizing the diversity, taxonomic composition, structure and environmental drivers in the context of global climate change. We collected seawater samples from epipelagic and mesopleagic zones and physical data (salinity, temperature, nutrients, oxygen dissolved) and biological data (fluorescence) at ten oceanographic stations during spring and austral summer of 2013, 2014 and 2015. Using molecular techniques, we extracted the DNA from 38 samples, the V4 region of 16S rRNA gene was amplified and sequenced by Illumina platform. The sequences were analyzed by Bioinformatic tools. Our results reveal the presence of 1279 ASVs with Bacteria dominance, and the results also reveal that microbial communities are structured by seasonality and pelagic zones associated with different water masses. Deeper waters presented more diversity and richness than surface, including rares groups. In surface waters, the spring season was richer than summer. The spring season presented a mix of taxa and metabolisms of two water column layers of summer, showing an importance for interannual dynamic of microbial communities. The core microbiome was composed by 19 ASVs of Bacteria, with similar composition of other close regions in the WAP. The most abundant bacterial families are Flavobacteriaceae, Cyanobacteria, Rhodobacteraceae, Thioglobaceae e Nitrincolaceae, where as the most abundant archeal taxa are Nitrosopumilaceae e Marine Group II from Thermoplasmata class. The microbial communities of Gerlache Strait have been shown to play an important role in carbon, nitrogen and sulfur cycles. The main environmental drivers with a significant influence on microbial richness is nitrite and salinity, and for diversity is temperature and salinity. Other environmental parameters such as nitrate, phosphate, silicate, ammonia and fluorescence showed secondary significance for microbial structure. The changes in environmental parameters related to climate change, such as the increase of temperature and disturbance of salinity, presented a high possibility to affect the composition, diversity, richness and interannual dynamic of microbial communities in Gerlache Strait and the biogeochemical cycles that these microrganisms are part of.
 
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Publishing Date
2022-10-21
 
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