Fungi associated with demosponges from Puerto Rico

Abstract

Fungi are distributed worldwide and perform a variety of services in the environment. They are regarded as decomposers, involved in carbon cycling and immobilization in the ecosystem. Many are important symbionts of plants, animals, or other fungi. Most are terrestrial, but several species are important components in freshwater and marine habitats. There is no consensus on the definition of marine fungi, and grouping is based on ecological rather than taxonomic basis. Fungi can be found in many marine habitats, including the water column, sediments, plants, algae, driftwood, and associated to invertebrates.

Fungal associates from marine sponges are a diverse group within the sponge microbiome. However, their roles within the sponge holobiont are not completely understood. Documenting their fungal diversity is one of the first steps in order to elucidate possible roles. It has been argued that the association between fungi and sponges is not truly symbiotic, and fungal presence is incidental. Nevertheless, fungi associated with marine sponges are considered to be hyperdiverse. The present work focused on three main aspects of sponge-associated fungi: 1) diversity of cultivable fungi from three demosponges from Puerto Rico, 2) diversity of cultivable yeasts from demosponges of Puerto Rico and, 3) evaluation of fungal community composition in relation to heavy metals accumulation in sponge tissues. Fungi were identified by traditional morphological approaches and sequencing of the nuclear ribosomal internal transcribed spacer (ITS) region. Concentration of heavy metals was determined by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).

Diversity of filamentous fungi was studied for Tedania ignis, Ircinia strobilina, and Chondrilla caribensis collected from La Parguera cays, Lajas, Puerto Rico. Fungal morphotypes representing at least 40 species within 10 orders, were documented. These include members of the Eurotiales, Hypocreales, Capnodiales, Diaporthales, Xylariales, Mycosphaerellales, Botryosphaeriales, Cantharellales, Russulales, and Geastrales. Tedania ignis and Chondrilla caribensis had the highest diversity, with 28 and 19 species recorded, respectively. From the Ascomycota, Eurotiales and Hypocreales were predominant. From the Eurotiales, members of the genus Aspergillus were recorded for all three sponges. Parengyodontium album and Fusarium incarnatum-equiseti species complex (FIESC) (Hypocreales) were recorded from T. ignis and C. caribensis. Cytospora rhizophorae (Diaporthales) was reported from T. ignis collected from red mangrove roots. This fungus was previously reported from La Parguera as causative agent of mangrove dieback. Fungi reported for the first time from marine sponges include Anthostoma decipiens, Aspergillus conicus, Aspergillus gracilis, Aspergillus glabripes, Talaromyces marneffei, Rhizoctonia, Geastrum, and Fusarium members of the FIESC. Three yeasts species were recorded for sponges from La Parguera. Saccharomyces cerevisiae was isolated from all samples, comprising the first report of this yeast as a common inhabitant in marine sponges. Other yeasts isolated include the halophilic black yeast, Hortaea werneckii, and an unidentified Rhodotorula species belonging to the Sporidiobolales (Basidiomycota). The high isolation frequency of S. cerevisiae from our sponge samples supports the possibility of Saccharomyces cerevisiae as an active member of the sponges’ microbial community.

Finally, we examined the bioaccumulation of heavy metals by seven sponge species from Tallaboa Bay, Peñuelas, PR. At this site, seawater is used for the cooling towers of a power plant. Fungal communities associated with marine sponges were assessed to determine if their composition co-varied with heavy metals in sponge tissue. All sponges in our study were found to bioaccumulate arsenic, cadmium and, to a lesser extent, copper. From this study, nine orders of fungi were recorded, including Xylariares, Saccharomycetales, Pleosporales, Mucorales, Hypocreales, Eurotiales, Diaporthales, Capnodiales, and Botryosphaeriales. Fungi associated with the sponges showed variations in community composition among localities and sponge species. However, the highest fungal diversity was recorded from sponges with the lowest concentration of trace elements. In general, a tendency to a reduction of fungal species richness with increasing trace element concentration in sponge species was observed. Sponges, especially Tedania ignis, showed bioaccumulation for arsenic and cadmium.

Los hongos estan distribuídos en todo el mundo y realizan una variedad de servicios en el medio ambiente. Son considerados descomponedores, involucrados en el reciclaje e inmovilización del carbono en el ecosistema. Muchos son simbiontes importantes de plantas, animales u otros hongos. La mayoría son terrestres, pero varias especies son componentes importantes en los hábitats de agua dulce y marinos. No hay consenso sobre la definición de ‘hongos marinos’ y su agrupación tiene una base ecológica más que taxonómica. Los hongos se pueden encontrar en muchos hábitats marinos, incluida la columna de agua, los sedimentos, las plantas, las algas, la madera flotante y algunos invertebrados. Los hongos asociados a las esponjas marinas son un grupo diverso dentro del microbioma de las esponjas. Sin embargo, sus roles dentro del holobionte de la esponja no se comprenden completamente. Documentar la diversidad fúngica es uno de los primeros pasos para dilucidar sus posibles roles. Se ha argumentado que la asociación entre hongos y esponjas no es verdaderamente simbiótica y que la presencia de hongos es incidental. Sin embargo, los hongos asociados con las esponjas marinas se consideran hiperdiversos. El presente trabajo se centró en tres aspectos principales de los hongos asociados a las esponjas: 1) la diversidad de hongos cultivables de tres demosponjas de Puerto Rico, 2) la diversidad de levaduras cultivables de las demosponjas de Puerto Rico y, 3) evaluación de la composición de la comunidad fúngica en relación a la acumulación de metales pesados en los tejidos de las esponjas. Los hongos fueron identificados mediante técnicas morfológicos tradicionales y secuenciación de la región del espaciador transcrito interno (ITS, por sus siglas en inglés) del ribosoma nuclear. La concentración de metales pesados se determinó mediante espectrometría de masa de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS, por sus siglas en inglés). Se estudió la diversidad de hongos filamentosos para Tedania ignis, Ircinia strobilina y Chondrilla caribensis recolectadas de los cayos La Parguera, Lajas, Puerto Rico. Se documentaron morfotipos de hongos que representan al menos 40 especies dentro de 10 órdenes. Estos incluyeron a los Eurotiales, Hypocreales, Capnodiales, Diaporthales, Xylariales, Mycosphaerellales, Botryosphaeriales, Cantharellales, Russulales y Geastrales. Tedania ignis y Chondrilla caribensis tuvieron la mayor diversidad, con 28 y 19 especies registradas, respectivamente. Del filo Ascomycota predominaron los órdenes Eurotiales e Hypocreales. Dentro de los Eutoriales, miembros del género Aspergillus fueron reportados para las tres esponjas. Para el orden Hypocreales se registraron el complejo de especies Fusarium incarnatum-equiseti (FIESC, por sus siglas en inglés) y Parengyodontium album de T. ignis y C. caribensis. Cytospora rhizophorae (Diaporthales) fue reportado de muestras de T. ignis recolectadas de raíces de mangle rojo. Este hongo fue reportado previamente en La Parguera como agente causante de la muerte regresiva de los manglares. Los hongos reportados por primera vez para esponjas marinas incluyen Anthostoma decipiens, Aspergillus conicus, Aspergillus gracilis, Aspergillus glabripes, Talaromyces marneffei, Rhizoctonia, Geastrum y Fusarium miembro del FIESC. Se registraron tres especies de levaduras para las esponjas de La Parguera. Saccharomyces cerevisiae, fue aislada de todas las muestras, constituyendo el primer reporte de esta levadura como habitante común en esponjas marinas. Otras levaduras aisladas incluyen la levadura negra halófila, Hortaea werneckii, y una especie no identificada de Rhodotorula perteneciente al orden Sporidiobolales (Basidiomycota). La alta frecuencia de aislamiento de S. cerevisiae de nuestras muestras de esponjas respalda la posibilidad de que Saccharomyces cerevisiae sea un miembro activo de la comunidad microbiana de las esponjas. Finalmente, examinamos la bioacumulación de metales pesados por siete especies de esponjas de la Bahía de Tallaboa, Peñuelas, PR. En este sitio, el agua de mar se utiliza para las torres de enfriamiento de una central eléctrica. Se evaluaron las comunidades de hongos asociadas con las esponjas marinas para determinar si su composición covaría con los metales pesados en el tejido de la esponja. Se encontró que todas las esponjas de nuestro estudio bioacumulan arsénico, cadmio y, en menor medida, cobre. A partir de este estudio, se registraron nueve órdenes de hongos, incluidos Xylariares, Saccharomycetales, Pleosporales, Mucorales, Hypocreales, Eurotiales, Diaporthales, Capnodiales y Botryosphaeriales. Los hongos asociados con las esponjas mostraron variaciones en la composición de la comunidad entre localidades y especies de esponjas. Sin embargo, la mayor diversidad de hongos se registró en las esponjas con la menor concentración de metales pesados. En general, se observó una tendencia a la reducción de la riqueza de especies de hongos con el aumento de la concentración de metales pesado en las especies de esponjas. Las esponjas, especialmente Tedania ignis, mostraron bioacumulación de arsénico y cadmio.