Bacterias fototróficas anoxigénicas púrpuras no-sulfurosas en la fitotelmata de bromelias en diversos bosques de Puerto Rico

Abstract

Due to the special arrangement of their leaves, plants of the Bromeliaceae family like bromeliad are capable of forming special structures that create an environment called phytotelmata. This aquatic microhabitat serves as home for a rich biota that plays an important role in tropical forests. This biota includes a variety of organisms, being the bacteria at the bottom of the food chain. The anoxyphototroph purple non-sulfur bacteria (APNB) are known by their capabilities of growing in diverse environments and are recognized by their ecological and biotechnological importance. Here, we present the first report of APNB in bromeliad’s phytotelmata, specifically in rain, dry and moist subtropical forests of Puerto Rico. The bromeliad used on this study belong to the genera Guzmania, Vrisea and Tillandsia, and where sampled by collecting the water from the phytothelmata, enriching it for APBN using selective media, and by incubated them in the presence of light under anoxic conditions. The colonies with the characteristic reddish pigment were isolated and characterized microbiologically, by absorption spectra and by scanning electron microscopy. A total of twenty six gram- negative rod-shaped bacteria of variable size were isolated and the presence of bacterial photosynthetic pigments was confirmed by a whole cell absorption spectra. Genomic DNA was extracted from the isolates in order to complete the molecular analyses which included the PCR amplification of the 16S rDNA and the pufM genes for further in silico analysis. The data obtained suggest the presence of the genera Rhodomicrobium and Rhodospeudomonas, being the latter the most abundant genus in all the analyzed samples. Also, the molecular analyses suggest the isolation of as many as 9 isolates that belong to new genera. The data confirm the ubiquity of the isolates and their presence as part of the microflora of this habitat in nature. Finally, the biotechnological potential of the isolated APNB was explored by testing their ability of using diesel and biodiesel as the sole carbon source aerobically, anaerobically and by photosynthesis. The results indicated that only two of the isolates were able to use biodiesel only under photosynthetic conditions.

Las bromelias son plantas de la familia Bromeliaceae las cuales forman con sus hojas una estructura que permite la recolección de agua de lluvia, creando un microhábitat acuático conocido como fitotelmata. Este contenedor biológico posee una rica fauna con un rol importante en el sistema de reciclaje de nutrientes en bosques subtropicales. En la fitotelmata se han encontrado una gran diversidad organismos incluyendo copépodos, diatomeas, rotíferos, larvas de insectos, algas y bacterias. Éste estudio representa el primer reporte de bacterias fototróficas anoxigénicas púrpuras no sulfurosas en tanques de bromelias encontradas en diferentes bosques de Puerto Rico. Guzmania sp., Vrisea sp. y Tillandsia sp. son los géneros de bromelias estudiados en cinco bosques con diferente localización e incluyendo bosques subtropicales lluvioso, seco y húmedo. El agua acumulada en la fitotelmata fue colocada en un medio selectivo para este grupo de bacterias e incubada en condiciones anoxigénicas en presencia de luz. Los candidatos que presentaron pigmentación rojiza fueron caracterizados con técnicas microbiológicas mediante espectrofotometría y microscopía electrónica de rastreo. Actualmente se han aislado un total de veintiséis bacilos gram-negativos. El espectro total de absorción confirmó la presencia de pigmentos fotosintéticos bacterianos. Se extrajo ADN genómico de los organismos aislados con el propósito de completar un análisis molecular que incluye la amplificación de los genes 16S rADN y pufM mediante reacción de polimerasa en cadena seguido de análisis insilico. La información obtenida indica que de los veintiséis candidatos tres pertenecen al género Rhodomicrobium, catorce a Rhodopseudomonas y nueve pueden ser clasificados como nuevos géneros. Por lo tanto, varias especies del grupo de las bacterias fototróficas anoxigénicas púrpuras no sulfurosas pueden ser parte de la microflora de este ambiente, demostrando la ubicuidad de este grupo de bacterias en la naturaleza. Para explorar el potencial biotecnológico de los candidatos se determinó la habilidad de estas bacterias para utilizar diesel o biodiesel como única fuente de carbono en ambientes aerobios y anaerobios en condiciones lumínicas. Según los resultados, dos de los candidatos mostraron utilizar el biodiesel mediante fotosíntesis anaeróbica.