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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.64.2022.tde-29092022-155448
Document
Author
Full name
Thierry Alexandre Pellegrinetti
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2022
Supervisor
Committee
Fiore, Marli de Fatima (President)
Melo, Itamar Soares de
Mendes, Lucas William
Paula, Fabiana da Silva
Title in English
Microbial communities and functional genes involved in nutrient cycling of Pantanal of Nhecolândia MS
Keywords in English
Biogeochemical cycles
Cyanobacterial blooms
Metagenomic
Microbial ecology
Abstract in English
Nhecolândia (MS), one important sub-region of the Pantanal, consists of 12,150 lakes among which approximately 600 lakes can be described as saline alkaline (soda lakes). Soda lakes present high concentrations of carbonates and sodium bicarbonates, resulting in high pH (above 9) and salinities (up to 35 mS cm-1). Even under hostile conditions, this ecosystem hosts a rich biodiversity of microorganisms. In this study, an approach that included molecular and chemical analyses was used to evaluate the composition (taxonomic and functional) and lifestyle of bacterial communities in the surface water of this environment. Through ordination analysis using limnological and metagenomic data, it was possible to group the soda lakes into three distinct profiles: eutrophic turbid (ET), oligotrophic turbid (OT) and clear vegetated oligotrophic (CVO). Seasonality was a crucial factor in the dynamics of the bacterial community. During the dry season, the water level reduced drastically due to intense evaporation periods, leading to an increase in salinity, pH and nutrient concentration, which in turn enhanced the diversity and relative abundance of microorganisms. This scenario led to the predominance of cyanobacterial blooms in ET lakes, mainly associated with Artrospira platensis or Anabaenopsis elenkinii. This predominance could be justified by the investment in mechanisms of nutrient acquisition by these organisms. In the OT and CVO lakes, there was a predominance of Actinobacteria, Alphaproteobacteria and Betaproteobacteria and these organisms possibly adopted strategies associated with nutrient uptake. It is interesting to note that nutrient acquisition genes were predominant in ET lakes, with high relative abundance of genes associated with biological fixation of CO2, N2, alkaline phosphatase and sulfate reduction. In OT and CVO lakes, we observed a higher abundance of low frequent processes such as nitrification and methanogenesis while genes associated with nitrate and nitrite reduction, and denitrification were more abundant. Moreover, the OT and CVO lakes presented prevalence of genes related to phosphate transport, phosphorus regulation as well as oxidation of sulfide and thiosulfate. Altogether, this study illustrates the taxonomic and functional diversity in tropical soda lakes, as well as how microorganisms behave under distinct environmental conditions. Moreover, the dataset obtained in this study may provide guidelines for management practices and conservation of the Pantanal's biodiversity
Title in Portuguese
Comunidades microbianas e genes funcionais envolvidos na ciclagem de nutrientes em lagoas salino alcalinas do Pantanal da Nhecolândia - MS
Keywords in Portuguese
Ciclos biogeoquímicos
Ecologia microbiana
Florações de cianobactéria
Metagenômica
Abstract in Portuguese
A Nhecolândia (MS), uma importante sub-região do Pantanal, é composta por 12.150 mil lagoas dentre as quais aproximadamente 600 lagoas podem ser descritas como salino alcalinas (soda lakes). As lagoas salino alcalinas apresentam altas concentrações de carbonatos e bicarbonatos de sódio, resultando em altos valores de pH (acima de 9) e salinidade (até 35 mS cm-1). Mesmo apresentando condições consideradas extremas, este ecossistema possui uma rica biodiversidade de microrganismos. Neste trabalho, foram adotadas estratégias que combinaram análises moleculares e químicas com o objetivo de avaliar a composição (taxonômica e funcional) e o estilo de vida das comunidades bacterianas nas águas superficiais deste ambiente. Por meio de análises de ordenação utilizando dados limnológicos e metagenômicos, foi possível agrupar as lagoas salino alcalinas avaliadas em três perfis distintos: túrbidas eutróficas (ET), túrbidas oligotróficas (OT) e cristalinas oligotróficas vegetadas (CVO). Um fator preponderante na dinâmica da comunidade bacteriana foi a sazonalidade. Durante a estação seca, o nível da água reduziu consideravelmente devido a intensos períodos de evaporação, levando a um aumento nos níveis de salinidade, pH e concentração de nutrientes, o que por sua vez aumentou a diversidade e a abundância relativa dos microrganismos. Esse cenário propiciou a ocorrência de florações de cianobactérias nas lagoas ET, principalmente associadas aos táxons Arthrospira platensis ou Anabaenopsis elenkinii. Essa predominância pode ser justificada pelo investimento por mecanismos de aquisição de nutrientes por esses organismos. Nas lagoas OT e CVO houve uma predominância de Actinobacteria, Alphaproteobacteria e Betaproteobacteria e esses organismos possivelmente adotaram estratégias associadas a captação de nutrientes. É interessante observar que os genes de aquisição de nutrientes foram predominantes nas lagoas ET, com elevada abundância relativa de genes associados a fixação biológica de CO2, N2, fosfatase alcalina e redução de sulfato. Em lagoas OT e CVO, observamos uma baixa ocorrência de genes associados a nitrificação e metanogênese enquanto genes associados a redução de nitratos e nitritos, e a desnitrificação foram mais abundantes. Em condições oligotróficas genes relacionados com o transporte de fosfato, a regulação de fósforo como também a oxidação de sulfeto e tiossulfato foram abundantes. Ao todo, este estudo desvenda a diversidade taxonômica e funcional em lagoas salino alcalinas tropicais, como também explora como os microrganismos se comportam em condições ambientais distintas. Além disso, este estudo servirá como ponto de partida para as práticas de manejo e medidas de conservação da biodiversidade do Pantanal
 
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Publishing Date
2022-10-24
 
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