Diseño de una métrica para la evaluación de la capacidad fotoheterótrofa in situ de bacterias fotórofas anoxigénicas aerobias (AAP)

Abstract

Las AAP son un grupo de bacterias fotoheterótrofas, que dependen del consumo de materia orgánica como fuente principal de energía pero que poseen un sistema fotosintético que les permite usar la luz como fuente alterna de energía Esta flexibilidad metabólica representa una ventaja potencial para las AAP frente al resto de bacterias heterótrofas. Hasta ahora esa ventaja ha sido evidenciada en sus altas tasas de crecimiento y su carácter cosmopolita en los sistemas acuáticos. Sin embargo, la importancia de las AAP en los flujos de carbono y energía en los ecosistemas acuáticos es aún controversial pues su abundancia relativa es rara vez superior al 10%. Es posible que las AAP no se comporten siempre como fotoheterótrofas, pero actualmente desconocemos si este fenómeno ocurre en los sistemas naturales. En este trabajo se desarrolló una métrica para estimar la variación de la fotoheterotrofía de las poblaciones de AAP en sistemas de agua dulce y relacionar dicha variación con la intensidad de la luz, la cantidad de carbono orgánico disuelto, la concentración de nutrientes y la saturación de oxígeno disuelto. La métrica propuesta combina dos variables: 1) El número de AAP que sintetizan el pigmento captador de luz (Bacterioclorofila a) y 2) El número de células que poseen uno de los genes que codifican para las proteínas del centro de reacción fotosintético (puf M). Con el fin de evaluar esta métrica se estimó en 10 lagos de Quebec, la abundancia de AAP por microscopía de epifluorescencia infrarroja y por PCR cuantitativa. Observamos que la métrica varió entre 0,16 y 0,88 en el conjunto de lagos, esta variable se correlacionó directamente con el coeficiente de extinción de luz y negativamente con la concentración de oxígeno. Estos resultados confirman que la luz y el oxígeno juegan un papel regulador en la síntesis de bacterioclorofila y que el metabolismo fotoheterótrofo se favorece aun cuando la disponibilidad de luz es limitada

Abstract. AAP is a photoheterotrophic group of bacteria that relies on the consumption of dissolved organic matter as their main source of energy and has the ability to use light as an alternative source of energy. This metabolic versatility represents for AAP a potential advantage over the heterotrophic bacteria. So far, this advantage has been shown by their high growth rates and by their cosmopolitan distribution in the aquatic systems. However, the relevance of AAP bacteria in the flux of carbon and energy in the aquatic systems is still controversial because their relative abundance is seldom higher than 10%. It might be possible that AAP doesn’t perform always as photoheterotrophs, but it is unclear whether this phenomenon occurs in aquatic systems. Here we developed and tested a metric for quantifying the occurrence of photoheterotrophic metabolism on AAP freshwater bacteria and then correlate this variable with light intensity, oxygen, nutrients and dissolved organic carbon concentration. The metric combines two variables: 1) the abundance of AAP who synthetize bacteriochlorophyll and 2) the abundance of cells having the puf M gene. For this purpose, we quantified the abundance of AAP both by epifluorescence microscopy and by qPCR. We observed that the metric varied among 0,16 to 0,88 along the 10 lakes. This variable was positively correlated with light extinction coefficient and negatively correlated with oxygen saturation. These results confirm that light and oxygen play a regulatory role in the synthesis of bacteriochlorophyll and showed that the photoheterotrophic metabolism can be favoured even when light availability is limited.