The role of persistent organic pollutants on Prochlorococcus photosynthetic capability under the global change scenario

Resumo

El principal objetivo de esta tesis es analizar los efectos de la compleja mezcla de POPs que se encuentra en el océano sobre la capacidad fotosintética de Prochlorococcus en condiciones naturales, a nivel subletal y en el contexto multivectorial del cambio global. Para ello, diseñamos una metodología útil y sencilla de recolección de muestras para reducir al mínimo la degradación y los cambios del ARNm. y una herramienta molecular de gran sensibilidad y altamente específica, basada en la cuantificación de la expresión de los genes rbcL y psbA mediante qRT-PCR, en representación de la fijación de carbono y la funcionalidad del fotosistema II (FSII), respectivamente. Debido a las diferencias fisiológicas, cuantificamos de forma independiente la expresión génica de los clados HL y LL de Prochlorococcus. Esta técnica fue aplicada a experimentos de laboratorio, donde exponíamos cultivos axénicos de las cepas HL MED4 o LL MIT9313 a una de estas dos mezclas comerciales de unos pocos compuestos: hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) o pesticidas organoclorados (OClPs). Aunque no detectamos efectos a nivel celular, observamos una reducción del 20% de la expresión relativa del gen rbcL, lo que podría desencadenar una reducción de la fijación de CO2 llevada a cabo por Prochlorococcus. Realizamos experimentos similares con comunidades naturales del máximo de clorofila profundo (DCM) durante la circunnavegación Malaspina. Esta vez, además de las mezclas de PAHs y OClPs, también expusimos a la comunidad a una mezcla compleja (CM) de POPs que provenía de la concentración de agua marina. El incremento de la concentración de contaminantes sobre los niveles ambientales fue mucho mayor en los experimentos realizados con PAHs (70 - 150 veces) y OClPs (260 - 470 veces) que los realizados con la CM (1.3 - 1.8 veces). Ninguno de los tratamientos indujo muerte celular, sin embargo la expresión de rbcL disminuyó tras 2 h de exposición a la CM. También se redujo la expresión de LL-psbA, durante los experimentos realizados con la mezcla de PAHs. Por el contrario, no encontramos efectos significativos con los OClPs. Finalmente, durante la campaña Malaspina muestreamos 62 estaciones a tres profundidades: 3 m, DCM y DCM+40 m. Para cada muestra analizamos la expresión de rbcL y psbA en Prochlorococcus, en relación a todas la variables ambientales que nos fue posible medir, incluyendo las concentraciones de numerosos POPs. La correspondencia ente nuestros parámetros moleculares y diversas variables fotosintéticas fue obvia, y la luz resultó ser determinante. No obstante, entre las numerosas variables analizadas, los POPs tenían un importante papel en la modulación de la capacidad fotosintética de Prochlorococcus, siendo responsables de una reducción del 20% en la expresión de HL-rbcL a 3 m de profundidad. Además, otros parámetros relacionados con la comunidad fotosintética también correlacionaban negativamente con la concentración de POPs. Por tanto, en esta tesis no solo se evidencia por primera vez que un pequeño incremento de la concentración de los POPs en el océano pueden reducir la capacidad fotosintética de Prochlorococcus, sino también que la mezcla de POPs presente en el océano ya está teniendo una fuerte influencia sobre la producción primaria oceánica a escala global.