Engelen, Aschwin HillebrandAires, TâniaSidow, Alena Friederike2021-03-302023-07-162020-07-16http://hdl.handle.net/10400.1/15307Nesta era do Antropoceno, entre desafios relacionados com a sobrepopulação e alterações climáticas, a necessidade de substituir os métodos tradicionais de exploração de recursos do nosso planeta por alternativas sustentáveis é cada vez mais urgente. Uma alternativa promissora para contrapor os efeitos adversos de práticas convencionais de agricultura é a aquacultura de macroalgas. Além do seu papel crucial como produtoras primárias, criadoras de habitat e biorremediadoras, as macroalgas podem ajudar com a sequestração de carbono. Estas representam também uma fonte sustentável e valiosa do ponto de vista comercial enquanto alimento para humanos ou para animais, e podem ser aplicadas a outras áreas como higiene pessoal, medicação, e produção de biocombustíveis. Até ao momento têm sido sobretudo países asiáticos a utilizar uma grande variedade de macroalgas, enquanto que na Europa a potencial diversidade que pode ser utilizada para cultivo ainda não foi devidamente explorada. O género de algas verdes Ulva é particularmente interessante para a indústria alimentar devido ao seu elevado valor nutricional. Adicionalmente, tem sido alvo de uma crescente atenção científica devido à sua recente aplicação enquanto modelo para o estudo de interações entre macroalgas e bactérias. Comunidades bacterianas associadas a macroalgas (microbiomas) têm sido reconhecidas por influenciar processos metabólicos essenciais entre o sistema alga-bactéria (holobionte). Certos tipos de bactérias providenciam ao hospedeiro vitaminas e fito-hormonas para crescimento e morfogénese, enquanto outros aparentam facilitar a adaptação a stressores ambientais. Contudo, a questão de como é determinada a composição do microbioma continua a ser um debate controverso e existem diferentes teorias para explicar este fenómeno. A teoria da lotaria baseia a composição do microbioma em processos estocásticos, a especificidade ao hospedeiro propõe que a espécie hospedeira determina que bactérias são “recrutadas”, enquanto a especificidade funcional ao hospedeiro indica que as bactérias se juntam de acordo com as suas funções e não à sua taxonomia. Finalmente, fatores ambientais também mostraram ser importantes na composição do microbioma. Embora todos os fatores indicados mostrarem ter importância, pouco se sabe sobre o fator principal que determina a composição de microbioma no género Ulva. Assim, neste estudo, diferentes espécies de Ulva foram recolhidas ao longo da costa sul e sudoeste de Portugal em diferentes ambientes e identificadas através do gene de alongamento do cloroplasto (tufA), e os seus microbiomas associados foram analisados através da determinação do perfil do gene de ARNr 16S. Numa etapa mais avançada, os dados filogenéticos foram combinados com os dados metagenómicos para avaliar o nível de especificidade ao hospedeiro e/ou região. Foi dada atenção especial a abundâncias de grupos particulares de bactérias: taxa produtores de vitamina B12 (benéficos) e “ambivalentes” (potencialmente prejudiciais). Em conclusão, estes aspectos foram analisados de forma a perceber que lições podem ser tiradas para o cultivo futuro e uso de diferentes holobiontes Ulva. Seis espécies diferentes do género Ulva foram identificadas com sucesso com o uso do gene marcador tufA: U. rigida, U. compressa, U. californica/flexuosa, U. australis, Ulva sp.1, Ulva sp.2. A espécie não-indígena U. australis foi registada pela primeira vez em Portugal, assim como duas novas entidades. A suposição que U. californica e U. flexuosa formam um complexo (i.e. U. californica/flexuosa) foi verificada, e a distinção genética da U. rigida relativamente às suas parentes U. laetevirens e U. lacutca foi desenvolvida. Os microbiomas examinados neste estudo diferenciaram-se na sua composição e diversidade entre espécies Ulva e foram dominados maioritariamente pelas ordens Flavobactérias, Rhodobactérias, Caulobactérias, e Pirellulales. A última destas, já identificada como detentora de um conjunto de genes relacionados com resposta a stresses ambientais (i.e. Rhodopirellula), foi especialmente característica da U. compressa. Foi identificada especificidade ao hospedeiro clara e notável para U. rigida e U. compressa, respectivamente, com sinais de especificidade secundária à região a um nível intrahospedeiro, predominantemente para U. compressa. A possibilidade de determinar a composição do microbioma com base unicamente em processos estocásticos (lotaria) ou apenas em fatores ambientais pôde ser descartada. A única excepção foi o microbioma de U. californica/flexuosa de uma bacia artificial onde as condições ambientais distintivas aparentam ter tido um elevado impacto na composição e levaram a uma elevada abundância de bactérias benéficas (Flavobacteriales). Seguindo o raciocínio acima utilizado, as espécies U. compressa, U. rigida e U. californica/flexuosa foram propostas para ser de interesse especial para uso comercial. Com base numa elevada quantidade de Rhodopirellula e uma boa representação de Dinoroseobacter, U. compressa é assim recomendada para ser cultivada para consumo humano, conforme sugerido por estudos prévios. Devido à sua especificidade ao hospedeiro, a U. rigida poderá ser uma candidata apropriada para usos industriais para fornecer uma quantidade estável de compostos provenientes de bactérias específicas. A U. californica/ flexuosa poderá ser uma candidata adequada para a produção de vitamina B12 devido à possibilidade da sua capacidade de elevar a quantidade de Flavobactérias sob certas condições ambientais. No seu todo, estas descobertas têm importantes implicações pois a especificidade ao hospedeiro permite o uso de microbiomas como uma ferramenta de delimitação de espécies, traceamento de espécies não-indígenas (e. g. U. australis) e usos industriais para obter compostos específicos derivados de bactérias em Ulva cultivada.In the context of the ever-growing interest in seaweed aquaculture as sustainable alternative to traditional farming practices, here, the potential of the green seaweed genus Ulva for cultivation and use was assessed. Ulva is particularly interesting for science and industry owing to its high nutritional value, variety of applications, and use as model organism to study seaweed-bacterial interactions. Seaweed associated bacterial communities (microbiomes) have been recognized to influence essential metabolic processes within the alga-bacteria system (holobiont). How the microbiome composition is determined remains a controversial debate and different theories exist to explain the process (i.e. lottery, host-specificity, "functional host-specificity", and environmental factors). Hence, this study aimed to assess the importance of the host and/or region for the determination of the microbiome by means of combining phylogenetic data based on DNA barcoding of the chloroplast elongation factor (tufA) gene of various species of Ulva from Portugal with metagenomic data of their respective microbiomes, analysed via 16S rRNA gene profiling. Special attention was paid to particular bacterial groups, vitamin B12 producers (beneficial) and "the ambivalent" (potentially harmful). The different aspects were viewed under the collective question of what lessons could be learned for future cultivation and use of these holobionts. Six different Ulva species (U. rigida, U. compressa, U. californica/flexuosa, U. australis, Ulva sp.1, Ulva sp.2) were identified, among them the non-indigenous species (NIS) U. australis, recorded for the first time in Portugal, and two potentially new entities. Host-specificity emerged as primary factor in at least two species with signs of secondary region-specificity on a within-host level, whereas a determination purely based on lottery or environmental factors could be ruled out. Additionally, microbiomes were unobtrusive in the abundance of the ambivalent bacteria and diverse in common vitamin B12 producers, suggesting Ulva once more suitable for consumption. Altogether, these findings have important implications for using the microbiome as additional species-delimitation tool, tracing of NIS and industrial strategies to increase specific bacterial-derived target compounds in farmed Ulva.engUlvatufA16S rRNAHolobionteMicrobiomaCultivo de macroalgasmaster thesis202663400