Funded projects

Environmental microbial surveys have revealed a remarkable diversity of microeukaryotic life in most ecosystems, the majority of which had previously escaped detection. From an ecological point of view this work highlighted our ignorance of critical microbial players in natural environmental processes, including primary production, biogeochemical cycling and trophic interactions such as parasitism and grazing. Consequently, our understanding of community function is partial, limiting our ability to study environmental change. While, from an evolutionary perspective, we are missing major components of the Tree of Life giving rise to a fragmented understanding of how major cellular functions have evolved. Single cell genomics (SCG), including single cell transcriptomics, is an emerging technology that has the potential to retrieve genomic information from individual uncultured microbes recovered directly from natural environments and promises to provide new tools to investigate microeukaryotes in unparalleled detail. The aim of this ITN is therefore to train a new generation of scientists with the highest expertise in SCG, from the initial stages of cell sorting to genome sequencing and gene annotation, to the full exploitation of the data obtained. Such progress will allow the European research community for the first time to address critical ecological and evolutionary questions. SINGEK will drive training through research by both local and network-wide activities, secondments, and workshops, and by establishing an environment that extends far beyond each partner team. This training environment will also provide the transferable skills essential for successful career development. This network of well connected and highly qualified scientists with expertise in eukaryotic SCG will be ready to implement this technology beyond ecology and evolution to other fields such as biomedicine or biotechnology driving innovation across the EU.

La percepción de que la vida microbiana marina es muy diversa está fundamentada a partir de los estudios moleculares ambientales y la existencia de muchas especies cultivadas. Esta gran diversidad también se aplica a los eucariotas no pigmentados más pequeños del plancton, los flagelados heterotróficos (HFs), los cuales juegan un papel central como agentes de mortalidad procariótica y remineralizadores de nutrientes. Los HFs emergieron hace unas décadas, cuando se incluyeron en los modelos de redes tróficas marinas como el enlace entre procariotas y protistas más grandes (ciliados o dinoflagelados). Sin embargo, están recibiendo poca atención en los esfuerzos oceanográficos actuales debido sobretodo a la falta de rutinas de recuento automatizadas, ya que no son cuantificables por citometría de flujo, y a un prevalente sesgo de cultivo, según el cual las comunidades naturales estarían compuestas por una miríada de especies no cultivadas y desconocidas. En consecuencia, emerge la necesidad de conocer qué especies forman las comunidades de HF y cuáles son las dominantes, e ir más allá de la información fragmentada que existe hoy día basada en unos pocos estudios moleculares. El principal objetivo del proyecto ALLFLAGS es llevar a cabo un estudio global que identifique las especies de HF dominantes en el medio marino así como su importancia ecológica. Este objetivo es factible gracias a la disponibilidad de nuevas herramientas analíticas: pondremos a punto una rutina de microscopía automatizada para el recuento de HFs y explotaremos el potencial de la secuenciación masiva (High Throughput Sequencing) y de nuevas rutinas bioinformáticas. Posteriormente, aplicaremos estas nuevas herramientas para estudiar las comunidades de HF en dos muestreos ambientales masivos: un esfuerzo global en los principales océanos durante la expedición Malaspina, y un estudio temporal a largo plazo en el Observatorio Microbiano de la Bahía de Blanes (BBMO). Una vez detectadas las especies de HF dominantes en estos dos estudios extensivos, llevaremos a cabo un análisis detallado de su distribución y abundancia, incluyendo la descripción de la variabilidad genética relacionada con el contexto ambiental, así como el establecimiento de su actividad relativa a partir de sus tasas de depredación. Por último, aplicaremos genómica comparada para identificar la base genética de la adaptación ecológica de las especies dominantes usando genomas ya publicados junto a los obtenidos de metagenomas construidos en nuestro estudio. Este análisis se basa en la detección de familias de genes en los distintos genomas, y se pondrá énfasis en la detección de genes de origen vírico como indicadores de la susceptibilidad de esta mortalidad. La explotación de la genómica comparada en todo su potencial permitirá establecer si las especies cultivadas y no cultivadas se pueden diferenciar en base a sus propiedades genómicas. La confluencia de estudios de secuenciación masiva y de muestreos marinos extensivos abre la posibilidad, por primera vez, de realizar una evaluación global de la diversidad de la comunidad de HF, la identificación de las especies dominantes, y la búsqueda de su nicho ecológico.

Las comunidades biológicas son sistemas (eco-sistemas) compuestos de muchas partes que interactúan (especies). La macro ecología ha avanzado sustancialmente nuestra comprensión de los ecosistemas que involucran principalmente a los animales y plantas, generando modelos en los que las especies y sus interacciones ecológicas se entienden como redes, las cuales tienen características y arquitecturas específicas que pueden influir en el funcionamiento del ecosistema. En comparación, nuestro conocimiento de las redes de interacción microbianas es rudimentario, y en la mayoría de los estudios de comunidades, los microbios se agrupan por su función (por ejemplo, predadores), perdiéndose así las interacciones específicas entre las especies. Esto representa una importante brecha en la ecología microbiana, ya que los microbios son actores clave en casi todos los ecosistemas, particularmente en los océanos, y sin comprender sus interacciones a nivel de especies, no podemos aumentar nuestra comprensión del funcionamiento de la biosfera, que es especialmente necesario en un contexto de cambio global. La razón de esto último es que las interacciones microbianas han demostrado ser de muy difícil estudio. Sin embargo, el reciente avance tecnológico en genómica de células individuales, secuenciación de ADN y computación de alto rendimiento hace que ahora sea posible capturar a los microbios más importantes de una comunidad y determinar sus interacciones ecológicas. Por lo tanto, en este proyecto proponemos focalizarnos en un modelo de comunidad microbiana marina con el objetivo de a) predecir interacciones ecológicas esenciales a partir del análisis de redes de asociación, b) comprobar si existen las interacciones previstas y determinar el tipo de interacción (por ejemplo, simbiosis, depredación, parasitismo) utilizando la genómica de una sola célula , c) probar si otras interacciones predichas pueden ser consideradas como cooperación metabólica mediante metagenómica y metatranscriptómica y d), determinar la ubicuidad, en el océano global, de las interacciones seleccionadas utilizando datos moleculares existentes provenientes de grandes expediciones marítimas (Malaspina y Tara Oceans). Los principales resultados de este proyecto serán los siguientes: a) la identificación de las interacciones ecológicas más importantes dentro de la comunidad microbiana estudiada en un contexto temporal, b) la determinación de las interacciones metabólicas esenciales, c) el montaje de una red integral de interacciones para esta comunidad marina modelo, analizando sus principales características y d) una estimación de la ubicuidad de las interacciones detectadas en el océano global. En resumen, este proyecto expandirá la frontera de la investigación en ecología microbiana mediante la determinación de interacciones ecológicas entre las especies de una comunidad modelo. DOCUMENT OFICIAL DE LA CONCESSIÓ: Esto lo envío cuando salga en Facilita

REMEI es un proyecto diseñado para comprender el potencial funcional de las comunidades microbianas y los factores que lo regulan. Combinaremos (a) la secuenciación del contenido genómico de una comunidad procariota costera (metagenoma, metaG) en coordinación con una descripción detallada de los ciclos biogeoquímicos en el ambiente de estudio, y (b) una serie de experimentos diseñados para entender los factores biológicos que regulan la presencia de cada función procariota. En (a) se espera entender cuáles son los factores oceanográficos y de estacionalidad que regulan la presencia de los diferentes genes y en (b), con la eliminación experimental controlada de la presión de depredación, los efectos de los virus, o la limitación por nutrientes y por carbono, esperamos entender cómo estos diferentes factores biológicos contribuyen a la regulación. Nuestros datos proporcionarán a) un catálogo completo de los genes del océano costero en el Mediterráneo noroccidental (a añadir a los análisis de una sola vez obtenidos mediante iniciativas como el Ocean Sampling Day o TaraOceans, b) la información obtenida experimentalmente ayudará en la interpretación de los numerosos otros estudios publicados recientemente de metagenomas marinos, o que están en curso, y que son trabajos primordialmente descriptivos. Nuestro objetivo es la generación de una base de datos de los genes asociados a una lista de atributos (por ejemplo, un gen pufM particular aparece en este momento particular del año y con estas condiciones oceánicas, y su aparición es reprimida, por ejemplo, por depredadores), Análisis filogenéticos de las muestras (de los fragmentos de 16S extraídos de los metaG) podría permitir la asociación de genes filogenéticamente no informativos a los probables organismos a los que pertenecen y con los análisis de metaG, en teoría sin sesgo, tendremos la oportunidad de estimar el crecimiento verdadero y las tasas de crecimiento brutas de procariotas a nivel de OTU, y también de genes funcionales. Sin embargo, también vamos a aislar procariotas con medios de cultivo innovadores que podrían servir como base para la comprensión de los vínculos entre la filogenia y la función y también vamos a analizar algunos SCG (genomas de células individuales) de organismos separados por citometría de flujo. Las fortalezas y originalidad del proyecto REMEI provienen del uso combinado de los metagenomas de referencia con la descripción estacional de los principales ciclos biogeoquímicos; y, sobre todo, ii) del uso de manipulaciones experimentales para determinar el papel de los virus, los depredadores y la limitación de nutrientes sobre cada una de las unidades taxonómicas de procariotas presentes en la comunidad (a través de los marcadores de 16S rDNA), y para cada uno de los genes identificados en la conjunto de la comunidad.

Life on Earth is mostly microscopic. The advent of molecular tools in the last decades has completely transformed our world-view of biodiversity, and now we know that the contribution of visible life to biodiversity is indeed small. Furthermore, microbes have tremendous metabolic diversity and they are the engines that drive Earths’s biogeochemical cycles. Given that the marine environment is the largest ecosystem on Earth, the ecological function of bacteria inhabiting this system is essential for life in our planet. Bacterial communities are composed by few dominant species and a large number of species represented only by a few individuals. These rare species were until recently invisible, yet they constitute a vast repository of functional and phylogenetic diversity. For this reason the study of the mechanisms that allow the maintenance of the “rare biosphere” and how they contribute to the functioning of microbially dominated ecosystems has become the focus of intense research in the last years. Rare bacteria were originally thought to be dead or dormant, but it is increasingly believed they have important ecological roles such as stabilizing ecosystem processes after disturbance or maintaining critical biogeochemical functions. In this proposal we will combine flow cytometry, high-throughput sequencing, and “omics” techniques with experimental microbiology to provide an integrative view of the physiological status of rare bacteria and their potential contribution to ecosystem functioning.

The Role of Viruses in Structuring the Marine Environment in the Red Sea The Red Sea is a largel underexplored ocean and often the most basic information is missing. It is the world's northernmost tropical sea featuring distinct environmental conditions along its latitudinal spread that give rise to a multitude of distinct ecosystems, e.g. extensive shallow-water coral reefs, deep-sea hydrothermal brine pools, cold seeps, and deep-sea corals. To acquire missing knowledge that is critical for a basic understanding of the functioning of Red Sea ecosystems, the RSRC proposed two broad themes in its 5-year funding request as well as a third applied theme: a) Biodiversity and resilience of Red Sea ecosystems b) Nutrients origin and fate in the Red Sea c) Environmental protection and sustainable use. These research themes hold diverse and current areas of research efforts in the RSRC, but did not incorporate the study of viruses in the Red Sea. Viruses are by far the most abundant organisms in the oceans that influence the composition of marine communities and are a major force behind biogeochemical cycles. Further, viruses are reservoirs of genetic diversity in the marine environment and have the potential to introduce new genetic information into an organisms, therefore, playing a role in adaptive evolution and resilience of organisms to environmental changes. In summary, viruses are hugely important in structuring the marine environment, but are so far unaddressed in research efforts in the RSRC.

The new concept for the Microbial Carbon Pump (MCP) postulates mechanisms by which refractory organic matter is produced in the oceans through microbial activities, and the role that this refractory pool plays in carbon sequestration in marine systems. This postulate evokes the need to increase our understanding of organic matter transformation, particularly for the processes of organic carbon degradation. In this context, key questions about the drivers that govern these processes have been posed and require scientific answers. DO-RE-MI will examine the biological and biogeochemical mechanisms that hinder total DOC remineralisation in marine systems.

We will apply a multidisciplinary approach to the design of experiments, the field program and the analysis of the results. Our approach builds upon the strengths of the team members and collaborators who have varied expertise and can bring diverse methodological techniques and tools, and ideas originating in their different disciplines - microbial ecology, biogeochemistry, and physical oceanography. With these varied methodological strategies we will work to achieve the following objectives:

1) To quantify DOM remineralization in contrasting marine systems, 2) To test the effects of nutrient availability and microbial metabolic capability on the efficiency of DOM degradation, 3) To experimentally test whether DOC concentration and DOM chemical diversity can explain the limits of DOM degradation in the deep ocean and 4) to evaluate the role of different bacterial community structures in the degradation processes.

Bacteria (prokaryotes) are a relevant component of the ocean’s food networks; they are responsible for 30% of the primary biomass production (fixing CO2) and 95% of the respiration of the ocean. They are accounting with 1029 cells in the global ocean representing a major player of the microbial world but only few thousands of species has been described so far. Although the concept of bacterial species is continuously transformed and under debate after a decade of comparative genomics, there is an accepted view of bacteria as a pan-genome. This bacterial concept is described by a \"core genome\" containing genes present in all strains, and a \"flexible or adaptive genome\" integrating those genes shared by few or unique to single strains usually constrained in genomic islands. New sequencing technologies have allowed to sequence many genomes from the same species to get a deeper resolution refereed as ‘Pan-Genomics’. This new concept has been mostly restricted to cultured microorganisms and mostly to pathogenic bacteria but the majority of bacteria in the ocean are uncultured and most importantly, are embedded in a network of plankton organisms (microbial loop) that range from viruses to zooplankton. Surprisingly the genetic complexity and interactions among these microorganisms remain largely un-investigated. The objectives of this proposal are: 1) Sequence ecologically relevant and uncultured bacterial genomes through Single Cell Genomics (SCG). 2) Describe the pool of core and adaptive genes of these uncultured genomes 3) Develop a new concept for bacterial “species” (or “units”) in the ocean for uncultured genomes, referred here as microbial ocean pangenomes by SCG. In addition, we will investigate (i) the distribution and genetic interaction of these bacterial ocean Pangenomes with different microbial plankton components (from protist to viruses) and (ii) the evolutionary mechanisms driving speciation. Taking into account that horizontal gene transfer (HGT) is a main diversification mechanism that occurs among distinct bacterial phylogenetic groups and based on the coexistence of bacterial with eukaryotic protist and bacteriophages, the evolutionary processes underlying the genomic patterns and structure within microbial ocean pangenomes may be expanded across domains of life. To successfully develop this proposal Single Amplified Genomes (SAGs) of uncultured and ecologically relevant bacterial genomes of the photic and deep ocean would be analyzed coupled with their corresponding Metagenomes and correlated to other quantitative and oceanographic data collection. Expected outcomes of this proposal are: (i) to develop a new concept of bacterial “unit” refereed as microbial ocean pangenomes in the ocean by SCG, (ii) to provide reference genomes for a meaningful interpretation of metagenome and metratranscriptome at population and community level and (iii) a unique framework to correlate microbial ocean pangenomes with eco-physicochemical parameters and other fractions of the microbial food web. The results of this proposal will shed light on the bacterial species concept, biogeography, ecological functioning and evolutionary mechanisms driving bacterial diversity in the oceans.

BioMarKs integrates 8 EU research institutes and 30 EU experts in eukaryotic microbial taxonomy and evolution, marine biology and ecology, genomics and molecular biology, bioinformatics, as well as marine economy and policy, to assess the taxonomic depth, environmental significance, human health and economical implications of arguably the least explored biodiversity compartment in the biosphere: the unicellular eukaryotes or protists.
Marine protists typically live in huge populations with rapid turnover. They may build complex (in)organic skeletal structures which profoundly impact biogeochemical cycles and climate; they have complex genomes with thousands of genes producing molecules which influence marine ecosystem functioning, human health and economy, and which represent outstanding potential for future green energies, pharmaceutics and cosmetics. Based on phenotypic data, marine protists comprise <200k “species”. However, exploration of ribosomal (r) DNA clone libraries over the last decade has revealed ever-increasing biodiversity in both novel lineages and groups which were believed to be species-poor.
BioMarKs will reassess coastal marine protist biodiversity using massive rDNA sequencing integrated into a network of taxonomic expertise and comprehensive contextual phenotypic and environmental metadata. 454-pyrosequencing technology permits acquisition of several hundred thousand sequence tags in a single run, providing the prospect, for the first time, of conducting nearly-exhaustive surveys of microbial diversity and population dynamics. In collaboration with GENOSCOPE (France), we propose to use 45X 454-runs (18 to 45 million sequence-tags) to assess protist biodiversity at 3 depths (subsurface, deep-chlorophyll maximum, surface sediment) in 9 EU coastal water sites from Spitzbergen to the Black Sea.
This general strategy will be used to (i) establish a baseline of protist biodiversity in EU coastal waters, (ii) measure biodiversity change in marine protist communities facing ocean acidification, (iii) evaluate the impact of ballast water and pollution on marine protist biodiversity. In addition to significantly enhancing our basic knowledge of eukaryote biodiversity and ecology (Who? How Many? When? Where? Why?), BioMarKs will provide baseline data and new methods for future surveys of marine biodiversity change and for evaluation of its ecological and economic cost.

In microbial ecology, the biomass, activity and ecological role of a given microbial assemblage is often addressed as a bulk property, obviating the fact that these assemblages are formed by distinct species with diverse evolutionary histories, cellular traits and metabolic capacities. The main reason for this is that microorganisms are morphologically similar and often impossible to identify without molecular tools, which use in microbial ecology is relatively recent. One of such microbial assemblages in aquatic systems are the "heterotrophic flagellates", a consortium of tiny unpigmented eukaryotic cells that play critical roles as microbial grazers (controlling prokaryotic abundance) and nutrient remineralizers. The biomass and grazing impact of heterotrophic flagellates in marine systems is relatively well established, but their phylogenetic and functional diversity is still poorly known. Therefore, the natural following step in the research of this microbial consortium is moving on from their bulk properties to the investigation of the different component populations.
In this project we propose to study the population ecology of three model species of heterotrophic flagellates that represent different scenarios with respect to culturability and dominance in the marine plankton. These model taxa are Cafeteria roenbergensis (culturable and low in situ abundance), MAST-4 (unculturable and high in situ abundance), and Minorisa minuta , recently isolated in our laboratory (culturable and moderate in situ abundance). Our approach consists in a sequence of steps. First, we will study the physiological properties of these model organisms, such as growth and grazing rates, numerical and functional responses, and prey selectivity. Second, we will develop molecular tools (FISH and q-PCR) to study their distribution and abundance in the marine environment, taking advantage of the Malaspina cruise (which provides samples with a wide geographical coverage) and the Blanes Bay Microbial Observatory (a well-characterized temporal sampling site). Third, we will select a reduced number of samples to study the population genetic structure of one of the taxa (MAST-4) using molecular markers and high-throughput pyrosequencing. Fourth, we will aim at isolating specific viruses for the two cultured taxa and study viral genomics, estimate viral abundances in the sea and infer the viral impact on natural populations of flagellates. Fifth, we will take the preliminary steps in genome projects of the cultured species.
The results generated will shed light into the processes leading to the adaptation and success of each taxa to the marine environment and will serve to start understanding heterotrophic flagellates in nature. Focusing on the population ecology of a few model species provides a unique possibility of going one step further in disentangling the structure and function of microbial assemblages in nature.

ICMicrobis: Web of the Aquatic Microbial Ecology Group

Esta acción rentabilizaría el esfuerzo que se viene invirtiendo en la serie oceánica de l’Estartit. La serie cuenta con datos de temperatura desde 1973, y constituye la serie oceánica más larga e ininterrumpida del Mediterráneo Noroccidental. Desde el año 2008, investigadores del proyecto ACDC muestrean agua para analizar pH, alcalinidad y carbono inorgánico. En esta propuesta se solicita una pequeña ayuda económica para estudiar el compartimento de carbono orgánico y poder examinar con más precisión la capacidad tamponadora de las aguas mediterráneas así como la variabilidad de los microorganismos en relación con la tendencia a la acidificación y calentamiento.

Gracias a los microorganismos planctónicos que viven en los primeros 200 m de la superficie del mar, el 50% de la producción global de CO2 a la Tierra es absorbida por el océano. De este porcentaje, un 30% es absorbido por microorganismos de origen bacteriano. Si se tiene en cuenta que las bacterias marinas son además responsables del 95% de la respiración del océano, está claro que estos microorganismos son imprescindibles para mantener en equilibrio de la atmósfera del planeta.

Entre 2009 y 2012 se lleva a cabo la expedición científica TARA OCEANS a bordo del TARA, un velero de 36 metros de longitud, que permitirá a mas de un centenar de científicos explorar la diversidad microbiana en los océanos de todo el planeta y su sensibilidad al cambio climático, un cambio que está sucediendo a una velocidad 100 veces más rápida del que se haya documentado previamente por estudios geológicos.

Esta expedición científica, de tres años de duración, es una oportunidad única de circunnavegación global de los océanos en el cual científicos expertos en biología, ecología, oceanografía, física, genómica y bioinformática tendrán la oportunidad de analizar los organismos que viven en el plancton marino como un ecosistema único, desde larvas de peces hasta microorganismos invisibles al ojo humano (como protistas, bacterias, arqueas y virus) y su relación con el ambiente.

El proyecto TANIT explorará el “mundo bacteriano” estudiando la biogeografía y función de las bacterias marinas en los diferentes océanos del planeta, integrando técnicas de ecología molecular y de genómica. Está previsto recolectar muestras en casi 400 puntos alrededor del planeta y aplicar técnicas genómicas (estudio de metagenomas y metatranscriptomas) para explorar la diversidad genética y funcional de estas comunidades microbianas, para evaluar y posteriormente modelar su adaptación a condiciones climáticas futuras.

ENLACES:

Expedición TARA OCEANS

Las bacterias aeróbicas anoxigénicas fototróficas (AAPs) constituyen un grupo de microorganismos mixotróficos, cuya relevancia en el océano no está del todo clara. Estos organismos contienen bacterioclorofila a (BChla) y aunque no son capaces de fijar CO2, pueden utilizar la luz para generar ATP lo que les aporta una ventaja ecológica frente a otros heterótrofos cuando la disponibilidad de C orgánico es limitada. Por ello, cuando inicialmente se descubrieron se pensó que éstas serian abundantes en ambientes oligotróficos, dónde de hecho pueden representar hasta el 10-20% del total de procariotas. Sin embargo, más tarde se vió que las AAPs también pueden ser abundantes en ambientes eutróficos por lo que no está muy claro cúal es su papel ecológico. Con esta Acción Complementaria hemos obtenido financiación para participar en un proyecto de circunnavegación global del océano (Tara-Oceans) dónde convertiremos un fluorómetro convencional en uno ultrasensible en el infrarojo que permite detectar de forma rápida y sencilla la presencia de AAPs. Este instrumento será utilizado también en el proyecto de circunnavegación Malaspina. Tara-Oceans durante tres años, y Malaspina en 7 meses recorrerán las principales provincias oceánicas. Estas dos campañas oceanográficas nos brindan una oportunidad única de estudiar la dinámica de las AAPs a escala global, en ambientes de distinto nivel trófico nunca estudiados anteriormente, lo que sin duda aportará información de gran valor para entender su papel ecológico en el océano y su impacto en el ciclo del C.

El objetivo de la presente propuesta es financiar el proyecto Bacteriomics englobado dentro de la campaña de circumnavegación global TARA Oceans que colectará muestras en las 375 estaciones previstas durante los 3 años que perdurará la expedición (2009-2012). Bacteriomics se engloba dentro del consorcio de procariotas de TARA Oceans (TANIT) el cual coordino y que explorará la diversidad, biogeografía y función de las comunidades bacterianas a una escala global. Este proyecto se coordinará y se desarrollará en el departamento de Biología Marina y Oceanografía en el Instituto Ciencias del Mar (ICM) uno de los centros del CSIC y pioneros en las investigaciones marinas. Como coordinadora de TANIT, nuestro laboratorio en el ICM ha sido designado como sede oficial del banco de muestras de TANIT de toda la campaña de Tara Oceans. En este proyecto, Bacteriomics, se presenta dos objetivos principales: (i) preservar todas las muestras de TARA Oceans de forma adecuada ya que se dispondrá de unas 10,000 muestras en distintos formatos y desarrollar una base de datos específica para dicha campaña y (ii) analizar la biogeografía de las bacterias marinas a través de técnicas de secuenciación masiva y de ecología microbiana de muestras ya colectadas durante el primer año de expedición (2009) procedentes del Mar Mediterráneo, Mar Rojo, Mar Arábico y Océano Indico. En esta Acción Complementaria se solicita la compra de un arcón congelador imprescindible para preservar este legado y el análisis de dos placas de pirosecuenciación para realizar un análisis preliminar de muestras de TANIT de TARA Oceans. Estos análisis preliminares serán de vital importancia para preservar parte del material para futuras generaciones y para realizar posteriormente el metagenoma/metatranscriptoma de estaciones piloto de TARA Oceans en coordinación con Genoscope a un coste mínimo. Esta propuesta complementa a los proyectos del Plan Nacional GEMMA (CTM2007-63753-C02-01) y MICRODIVERSITY (CGL2008-00762/BOS) .

Microbes dominate the biomass of oceans, having vital roles in the functioning of ecosystems and the biogeochemical cycling. Yet, little is known about the total extent and structuring patterns of their genetic diversity, especially at the species and population levels. Pointing into this research direction, this proposal has two general aims: (a) to go deeper into assessing the extent of picoeukaryotic (2-5μm cell size) diversity in marine environments and (b) to investigate genetic patterns at the species and population levels. The chosen lineage for this study is the MArine STramenopiles -4 (MAST-4), a recently discovered group of heterotrophic picoeukaryotes that can be relative abundant (and therefore important) in marine environments. Two novel molecular techniques are considered for this proposal: (1) Pyrosequencing and (2) Single-Cell-Whole-Genome-Amplification. The use of these new techniques and several standard ones, together with the availability of a unique marine environmental DNA set of samples from a variety of geographic locations around the world, will allow a strong assessment of the extent of the MAST-4 diversity, with the potential to unveil new lineages as well as genetic structuring patterns at the species and population levels. The genetic patterns found at different evolutionary hierarchies will be correlated with environmental data in order get insight into ecological adaptation and evolutionary diversification.

Microbial diversity is a crucial element in our understanding of the evolution and ecology of natural environments but also an important resource for biotechnology and medical research. Molecular and genomic approaches not only have pointed out the vast diversity within microbial communities, but also have revealed the predominance of high level of sequence microheterogeneity “microdiversity” within co-existing bacterioplankton. However, the relevance, extension, functional differentiation and mechanisms responsible for such microdiversity patterns are barely known. For a better understanding of function and speciation in microbial populations in the environment more studies focusing on co-existing bacterial genomes within bacterial populations are needed at different temporal and space scales.
The major goal of this proposal is to shed light on the role and mechanisms of maintenance for microdiversity patterns in environmental microbial populations by exploring the genomic microdiversity of two specific marine bacterial populations (Bacteroidetes y Pseudanabaena) and the evolutionary mechanisms by which this microdiversity is generated and preserved. The innovation of the present project is based on the way to analyze the genomic microdiversity at different ecological contexts by exploring the microdiversity of two bacterial populations that exhibit abundances and different ecological strategies at three levels of resolution: (i) we will explore the genomic microdiversity from two bacterial populations at a global level (i) we will investigate the inherent microdiversity in a specific ecotype and the divergence between two different ecotypes and finally (iii) we will sequence two individual genomes that belong to same ecotype.
Without this knowledge, population biology, biogeography or environmental microbial genomics (metagenomics) cannot be rigorously explored.

Las bacterias aeróbicas anoxigénicas fototróficas (AAPs) constituyen un grupo de microorganismos mixotróficos, cuya relevancia en el océano no está del todo clara. Estos organismos contienen bacterioclorofila a (BChla) y aunque no son capaces de fijar CO2, pueden utilizar la luz para generar ATP lo que les aporta una ventaja ecológica frente a otros heterótrofos cuando la disponibilidad de C orgánico es limitada. Por ello, cuando inicialmente se descubrieron se pensó que éstas serian abundantes en ambientes oligotróficos, dónde de hecho pueden representar hasta el 10-20% del total de procariotas. Sin embargo, más tarde se vió que las AAPs también pueden ser abundantes en ambientes eutróficos por lo que no está muy claro cúal es su papel ecológico. Con esta Acción Complementaria hemos obtenido financiación para participar en un proyecto de circunnavegación global del océano (Tara-Oceans) dónde convertiremos un fluorómetro convencional en uno ultrasensible en el infrarojo que permite detectar de forma rápida y sencilla la presencia de AAPs. Este instrumento será utilizado también en el proyecto de circunnavegación Malaspina. Tara-Oceans durante tres años, y Malaspina en 7 meses recorrerán las principales provincias oceánicas. Estas dos campañas oceanográficas nos brindan una oportunidad única de estudiar la dinámica de las AAPs a escala global, en ambientes de distinto nivel trófico nunca estudiados anteriormente, lo que sin duda aportará información de gran valor para entender su papel ecológico en el océano y su impacto en el ciclo del C. Summary: Aerobic anoxygenic phototrophic bacteria (AAPs) are a group of mixotrophic organisms, which role in the ocean is still unclear. These organisms contain bacteriochlorophyll a (BChla), and, although they are not capable of fixing CO2, they can generate ATP using light energy, which could give them an ecological advantage under carbon limiting conditions. For that reason, it was first postulated that they would be very abundant in the oligotrophic ocean, where they can in fact make up to 10-20% of the total of prokaryotes. However, later on the AAPs were found to be also abundant in eutrophic environments, and therefore their ecological role is still controversial. This project has provided funding to participate in the global ocean expedition Tara-Oceans. We will upgrade a standard fluorometer into an ultra-sensitive infrared fluorometer that can easily register the signal of AAP bacteria. The instrument will be used in Tara-Oceans but also in the Malaspina expedition, which will sail the main provinces of the world’s oceans. These two circumnavigation cruises will allow us to study the dynamics of AAPs at a global scale, in environments of different trophic level never studied before. The data obtained will definitely contribute significantly to understand which is the ecological role of AAPs in the ocean and their impact in the carbon cycling.

Los virus se consideran los componentes más abundantes del plancton y son los responsables de un gran porcentaje de la mortalidad de microorganismos en sistemas marinos, con consecuencias para los flujos de carbono a través de las redes tróficas microbianas. Sabemos que la infección vírica está propiciada por la densidad de la presa, asumiéndose que hay una gran especificidad entre virus y huéspedes. Pero aún se conoce muy poco cual es el espectro de infección de diferentes virus sobre diferentes cepas de microorganismos, y como este afecta al papel ecológico que juegan los virus dentro de las comunidades microbianas. Los objetivos de este proyecto son: (1) Caracterizar los diferentes virus que infecten a bacterias que siempre están presentes en una zona costera del Mediterráneo (Roseobacter, alfa-proteobacteria) y a diferentes especies de una alga tóxica del genero Alexandrium spp; (2) Identificación y aislamiento de eucariotas heterotróficos y el consiguiente aislamiento de virus; (3) espectros de infección de los virus aislados sobre las distintas cepas de un mismo grupo de microorganismos; (4) variabilidad anual de comunidades naturales Roseobacter al ser infectadas por diferentes virus aisladas. Al mismo tiempo se determinará la variabilidad anual de comunidades naturales de virus y bacterias. En este proyecto se sigue una aproximación interdisciplinar en la que se examinarán aspectos sobre la ecología de los virus, utilizando técnicas convencionales de microbiología clásica y algunos de los métodos más prometedores dentro del campo de la biología molecular.