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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Sponges are early-branched, filter-feeding metazoans that usually harbor complex microbial
communities comprised of diverse “uncultivable” symbiotic bacteria. In this thesis, the
functional and taxonomic features of the marine sponge microbiome are determined, using
Spongia officinalis as model host organism. Emphasis is given to adaptive and functional traits
of the profuse and biotechnologically-relevant alphaproteobacterial symbionts of sponges. A
metagenomics-centred approach was employed to reveal microbial taxa and genomic
signatures enriched in the Spongia officinalis endosymbiotic consortium, and thus likely to
play pivotal roles in holobiont functioning. Further, a comparative genomics study is presented
unveiling the common and specific traits of ten Alphaproteobacteria genera isolated from S.
officinalis with alternative symbiont cultivation methodology. Finally, a sequence
composition-dependent binning approach is employed to assemble, from metagenomic
sequences, the genome of an uncultured alphaproteobacterial symbiont of S. officinalis
belonging to the family Rhodospirillaceae.
High abundance of polyketide and terpene synthase-, eukaryotic-like protein- (ELPs),
type IV secretion system-, plasmid- and ABC transporter-encoding genes, among others,
characterized the sponge microbial metagenomes. In contrast, motility and chemotaxis genes
were abundant in seawater and sediment microbiomes, but nearly absent in the S. officinalis
symbiotic consortium. Much higher frequencies of anti-viral CRISPR-Cas and restrictionmodification
systems, along with much lower viral abundances, were observed in the spongeassociated
metagenomes than in the environment and interpreted as true hallmarks of this
symbiotic consortium.
In line with outcomes retrieved for the whole symbiotic community,
alphaproteobacterial symbionts of marine sponges likely contribute the most to host fitness
through nutritional exchange, cell detoxification processes and chemical defense, the latter
being theoretically promoted by both polyketide and terpenoid biosynthesis. The several
alphaproteobacterial cultures retrieved in this thesis, displaying high natural product
biosynthesis capacities, can now be explored in studies aiming at revealing novel biological
activities and chemical structures from these symbionts.
As esponjas marinhas (filo Porifera) são consideradas um dos mais simples grupos entre os metazoários em função de sua falta de organização em tecidos e órgãos verdadeiros. Porém, estes animais relativamente simples em termos de plano corporal normalmente abrigam comunidades muito complexas de microorganismos. Em função de seu surgimento basal na história evolutiva do planeta, o conhecimento a respeito deste “holobionte”, isto é, o consórcio de organismos formado pela esponja marinha hospedeira e todos os seus simbiontes microbianos, possui grande relavância ao avanço da nossa compreensão sobre as interações hospedeiro-microorganismos. Nesta tese de doutoramento, tive como objetivo a determinação das características funcionais e taxonómicas do microbioma das esponjas marinhas no contexto de seu ambiente circundante (água e sedimentos marinhos, e suas respecticvas microbiotas), dando ênfase aos traços adaptativos e funcionais de alfaproteobactérias associadas ao organismo modelo Spongia officinalis (“bath sponge”).
As esponjas marinhas (filo Porifera) são consideradas um dos mais simples grupos entre os metazoários em função de sua falta de organização em tecidos e órgãos verdadeiros. Porém, estes animais relativamente simples em termos de plano corporal normalmente abrigam comunidades muito complexas de microorganismos. Em função de seu surgimento basal na história evolutiva do planeta, o conhecimento a respeito deste “holobionte”, isto é, o consórcio de organismos formado pela esponja marinha hospedeira e todos os seus simbiontes microbianos, possui grande relavância ao avanço da nossa compreensão sobre as interações hospedeiro-microorganismos. Nesta tese de doutoramento, tive como objetivo a determinação das características funcionais e taxonómicas do microbioma das esponjas marinhas no contexto de seu ambiente circundante (água e sedimentos marinhos, e suas respecticvas microbiotas), dando ênfase aos traços adaptativos e funcionais de alfaproteobactérias associadas ao organismo modelo Spongia officinalis (“bath sponge”).
Description
Keywords
Porifera Metagenómica Genómica funcional Alphaproteobacteria Interacções hospedeiro-microorganismo