Loading...
Uncovering essential genes and genome variants of halophilic microorganisms isolated from the Cabo Rojo solar salterns using comparative genomics
Avilés Díaz, Naomy
Avilés Díaz, Naomy
Citations
Altmetric:
Abstract
Hypersaline environments host diverse microbial communities shaped by strong selective pressures, yet many of their archaeal and bacterial members remain poorly characterized. The Cabo Rojo Solar Salterns in Puerto Rico represent a stable, hypersaline system where haloarchaea, including members of Haloarcula, Halorubrum, Haloferax, and Halobacterium, dominate according to previous metagenomic surveys. This study examines the genomic composition, metabolic potential, and phylogenetic relationships of culturable microorganisms isolated from these salterns. Nine strains were grown on different carbon sources and sequenced using Oxford Nanopore or Illumina platforms. A rigorous quality-control pipeline, including read filtering, genome assembly, polishing, and metagenomic binning, produced high-quality genomes and genome bins with >95% completeness and <5% contamination, ensuring reliability for comparative analyses. Phylogenomic classification using the Type Strain Genome Server confirmed that most isolates belonged to dominant halophilic genera previously reported in the saltern ecosystem. Whole-genome comparisons revealed both shared and strain-specific gene content, underscoring diversity within closely related taxa. Functional annotation using RASTtk indicated that amino acid metabolism, protein metabolism, respiration, and carbohydrate metabolism were consistently represented across genomes. Variation in carbohydrate-active enzymes (CAZymes), particularly within GH13 subfamilies, suggested differences in carbohydrate utilization strategies and highlighted the potential for starch and glycogen processing. Genes associated with glycerol metabolism, nitrogen assimilation, and stress response were identified across several strains, aligning with known adaptations of microorganisms inhabiting hypersaline environments. Together, these results provide a comparative genomic baseline for culturable halophilic microorganisms in the Cabo Rojo Solar Salterns. The study documents the taxonomic diversity and metabolic potential of these strains, offering insight into genetic traits that support survival in extreme salinity. This work also contributes reference genomes that can inform future ecological, physiological, and biotechnological studies involving halophiles and hypersaline systems.
Los ambientes hipersalinos albergan comunidades microbianas diversas moldeadas por fuertes presiones selectivas, pero mucha de su diversidad aún se encuentra poco caracterizada. Las Salinas de Cabo Rojo en Puerto Rico representan un sistema hipersalino estable donde, según estudios metagenómicos previos, predominan haloarqueas como Haloarcula, Halorubrum, Haloferax y Halobacterium. Este estudio examina la composición genómica, el potencial metabólico y las relaciones filogenéticas de microorganismos cultivables aislados de estas salinas. Nueve cepas fueron cultivadas en distintas fuentes de carbono y posteriormente secuenciadas utilizando plataformas Oxford Nanopore o Illumina. Las secuencias pasaron por un proceso de control de calidad, que incluyó filtrado de secuencias, ensamblaje genómico, ‘binning’ metagenómico, produjo genomas y ‘bins’ de alta calidad con más del 95% de completitud y menos del 5% de contaminación. La clasificación filogenética utilizando el ‘Type Strain Genome Server’ confirmó que la mayoría de los aislamientos pertenecen a géneros halófilos dominantes previamente reportados en este ecosistema. Las comparaciones de genomas completos revelaron tanto contenido génico compartido como genes específicos de cada cepa, lo que demuestra diversidad dentro de taxones estrechamente relacionados. La anotación funcional con RASTtk mostró que el metabolismo de aminoácidos, proteínas, respiración y carbohidratos está consistentemente representado en los genomas. Las variaciones en enzimas activas sobre carbohidratos (CAZymes), especialmente dentro de las subfamilias GH13, sugieren diferencias en las estrategias de utilización de carbohidratos y resaltan el potencial para aplicaciones biotecnológicas. Se identificaron genes asociados al metabolismo de glicerol, la asimilación de nitrógeno y la respuesta al estrés en varias cepas, lo que coincide con adaptaciones conocidas de microorganismos que habitan ambientes hipersalinos. Estos resultados proporcionan una base para el estudio genético de microorganismos halófilos cultivables en las Salinas de Cabo Rojo. Este trabajo documenta la diversidad taxonómica y el potencial metabólico de estas cepas y ofrece una visión sobre los rasgos genéticos que favorecen la supervivencia en condiciones de alta salinidad. Además, aporta genomas de referencia que pueden respaldar futuros estudios ecológicos, fisiológicos y biotecnológicos relacionados con halófilos y sistemas hipersalinos.
Los ambientes hipersalinos albergan comunidades microbianas diversas moldeadas por fuertes presiones selectivas, pero mucha de su diversidad aún se encuentra poco caracterizada. Las Salinas de Cabo Rojo en Puerto Rico representan un sistema hipersalino estable donde, según estudios metagenómicos previos, predominan haloarqueas como Haloarcula, Halorubrum, Haloferax y Halobacterium. Este estudio examina la composición genómica, el potencial metabólico y las relaciones filogenéticas de microorganismos cultivables aislados de estas salinas. Nueve cepas fueron cultivadas en distintas fuentes de carbono y posteriormente secuenciadas utilizando plataformas Oxford Nanopore o Illumina. Las secuencias pasaron por un proceso de control de calidad, que incluyó filtrado de secuencias, ensamblaje genómico, ‘binning’ metagenómico, produjo genomas y ‘bins’ de alta calidad con más del 95% de completitud y menos del 5% de contaminación. La clasificación filogenética utilizando el ‘Type Strain Genome Server’ confirmó que la mayoría de los aislamientos pertenecen a géneros halófilos dominantes previamente reportados en este ecosistema. Las comparaciones de genomas completos revelaron tanto contenido génico compartido como genes específicos de cada cepa, lo que demuestra diversidad dentro de taxones estrechamente relacionados. La anotación funcional con RASTtk mostró que el metabolismo de aminoácidos, proteínas, respiración y carbohidratos está consistentemente representado en los genomas. Las variaciones en enzimas activas sobre carbohidratos (CAZymes), especialmente dentro de las subfamilias GH13, sugieren diferencias en las estrategias de utilización de carbohidratos y resaltan el potencial para aplicaciones biotecnológicas. Se identificaron genes asociados al metabolismo de glicerol, la asimilación de nitrógeno y la respuesta al estrés en varias cepas, lo que coincide con adaptaciones conocidas de microorganismos que habitan ambientes hipersalinos. Estos resultados proporcionan una base para el estudio genético de microorganismos halófilos cultivables en las Salinas de Cabo Rojo. Este trabajo documenta la diversidad taxonómica y el potencial metabólico de estas cepas y ofrece una visión sobre los rasgos genéticos que favorecen la supervivencia en condiciones de alta salinidad. Además, aporta genomas de referencia que pueden respaldar futuros estudios ecológicos, fisiológicos y biotecnológicos relacionados con halófilos y sistemas hipersalinos.
Description
Date
2025-12-15
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Collections
Keywords
Solar-flats, salterns, extremophiles, archaea