The purple non-sulfur anoxyphototrophic bacteria from subtropical hypersaline microbial mats in the Cabo Rojo Salterns

Abstract

Purple non-sulfur bacteria (PNSB) are a diverse group of microbes with versatile physiological traits. As part of the microbial community present in subtropical hypersaline microbial mats, they are exposed to seasonal changes, such as pluvial precipitation, as well as variable oxygen and sulfur concentrations. The main objective of this study was to isolate and characterize cultivable PNSB present in benthic and ephemeral microbial mats from two different locations in the Cabo Rojo salterns, during the rainy and dry seasons. Microbial mats were dissected in layers, and the pink layer was cultivated in solid and liquid media. After being incubated anoxyphototrophically (anaerobic in photosynthetic conditions), colonies were isolated by streaking the bloomed samples on selective marine media. The PNSB isolates were characterized using light and scanning electron microscopy. The presence of a photosynthetic apparatus was molecularly confirmed by amplification and sequencing of the pufM gene. Molecular analysis was completed with in silico and phylogenetic analyses using 16S rDNA and pufM gene sequences. During the two seasons 23 PNSB were isolated; 16 and 7 from benthic and ephemeral mats, respectively. All the isolates were gram-negative; and the morphology ranged from straight rods, vibrios, and spirals of variable sizes. Spectral analysis suggested the presence of bacteriochlorophyll a and carotenoids pigments peaks. In silico analysis confirmed the presence of pufM gene in all the amplicons. The cultivable microbial members were Rhodospirillum,Rhodobacter, Rhodothalassiumand Rhodovulum. In addition, a pufM clones library was used to describe the cultivable and uncultivable purple non-sulfur bacteria present in the mats. Based on the rarefaction curve, the PNSB in both microbial mat samples were below the diversity of PNSB, but most of the cultivable pufM sequences were represented in the clone library from both microbial mats.

Las bacterias púrpuras no sulfurosas (BPNS)son un grupo de microorganismos diverso con una gran versatilidad fisiológica. Estas forman parte de las comunidades microbianas presentes en los tapetes microbianos subtropicales e hipersalinos, los cuales están expuestos a cambios estacionales, como por ejemplo precipitación fluvial y variaciones en oxígeno y azufre. El objetivo principal de este estudio fue aislar y caracterizar bacterias púrpuras no sulfurosas cultivables presentes en tapetes microbianos bénticos y efímeros en dos localidades distintas en las salinas de Cabo Rojo durante época seca y época lluviosa. Las muestras de tapetes fueron disectadas en capas y la capa rosa fue cultivada en medio sólido y líquido. Las muestras fueron incubadas en condiciones anoxifototróficamente (condiciones anaeróbicas en presencia de luz), y posteriormente las colonias que presentaron un color rojizo fueron aisladas en medio selectivo marino. Las BPNS aisladas fueron caracterizadas microscópicamente usando microscopia de luz y microscopia electrónica de rastreo. La presencia del aparato fotosintético fue confirmada molecularmente llevando a cabo amplificación y secuenciación del gen pufM. El análisis molecular fue completado realizando un análisis in silico y filogenético, utilizando las secuencias de los genes 16S rDNA y pufM. Durante las épocas estudiadas se aislaron 23 candidatos de BPNS; 16 y 7 de los tapetes béntico y efímero, respectivamente. Todos los aislados fueron Gram -, y exhibieron una morfología de bacilos rectos, vibrios y espirilos de tamaños variables. El análisis espectrofotométrico sugirió la presencia de bacterioclorofila a y pigmentos carotenoides de la serie espiriloxantin y esferoidina. Por otro lado, el análisis in silico confirma la presencia del gen pufM en los amplicones obtenidos y entre las BPNS cultivadas encontramos miembros de los generosRhodospirillum, Rhodobacter, Rhodothalassium y Rhodovulum. En adición, el desarrollo exitoso de una biblioteca de clones del gen pufM fue usada para descubrir presencia de las BPNS cultivables y no cultivables en los tapetes. Basado en el análisis filogenético y de diversidad las BPNS en ambos tapetes microbianos se encuentran por debajo de la diversidad total de BPNS. Mientras que a su vez las secuencias de pufM cultivables se encontraron representadas en la biblioteca de ambos tapetes.