No guts, no reef: Understanding the microbiome, genetic diversity, and phylogenetic relationships of the Puerto Rican long-spined black sea urchin, Diadema antillarum, a keystone species of the Caribbean reef

Abstract

In this paper we describe the gut microbiome of the Puerto Rican keystone sea urchin Diadema antillarum. We also used next generation sequencing of the cytochrome b region to examine the phylogenetic relationships among the different samples. The gut microbial communities were mostly populated with Proteobacteria, in which a large proportion were in the class Alphaproteobacteria, followed by classes Betaproteobacteria and Gammaproteobacteria. Firmicutes, Clostrodiales and Tenericutes were other represented phyla in the gut tissue samples of D. antillarum. Within Tenericutes, only several animals were harboring the species Candidatus hepatoplasma. There is reason to suspect that all these bacteria do not represent a threat to the sea urchin except for the Firmicutes. Clostridium are a known type of highly virulent bacteria that could potentially be the main cause behind the great Diadema antillarum die off. Bioinformatic and statistical analysis using pairwise chi-square analysis also reveal that anthropogenic activities can impact the microbiome. Current strength and relative position on the island may also play a role on defining the microbiome. The sea urchins living upstream have a statistically different composition that animals living downstream. These findings paint a clearer picture of the Puerto Rican D. antillarum population that can aid in the efforts to restore former numbers of these animals.

En este artículo se describe el microbioma intestinal del erizo de mar vital puertorriqueño Diadema antillarum. Se utilizo la secuenciación de próxima generación para amplificar y examinar la región del citocromo b para poder determinar las relaciones filogenéticas entre las diferentes muestras. Las comunidades microbianas intestinales del erizo estaban pobladas en su mayoría por Proteobacteria, que eran una gran proporción la clase Alphaproteobacteria, seguida de las clases Betaproteobacteria y Gammaproteobacteria. Firmicutes, Clostrodiales y Tenericutes fueron otros filos representados en las muestras de tejido intestinal de D. antillarum. Dentro de los Tenericutes, solo varios animales albergaban la especie Candidatus hepatoplasma. Hay motivos para sospechar que todas estas bacterias no representan una amenaza para el erizo de mar a excepción de los Firmicutes. Adentro de la clase Clostridum hay bacterias altamente virulentes que podrían ser la causa principal de la muerta del erizo de mar D. antillarum. El análisis bioinformático y estadístico mediante el análisis de chi-cuadrado por pares también revela que las actividades antropogénicas pueden afectar el microbioma. La fuerza actual y la posición relativa en la isla también pueden influir en la definición del microbioma. Los erizos de mar que viven río arriba tienen una composición estadísticamente diferente a la de los animales que viven río abajo. Estos hallazgos pintan una imagen más clara de la población puertorriqueña de D. antillarum que puede ayudar en los esfuerzos para restaurar los números anteriores de estos animales.