Circadian organization of the near-surface-water metatranscriptome in Bahía Fosforoscente, La Parguera, Puerto Rico

Petersen, Brent A.

Publication

Circadian organization of the near-surface-water metatranscriptome in Bahía Fosforoscente, La Parguera, Puerto Rico

Petersen, Brent A.

Abstract

Bahía Fosforoscente is a Puerto Rican resource of immense cultural, ecological and commercial value. This lagoon is famous for its Pyrodinium bahamense population. These bioluminescent dinoflagellates produce most of the light that draws tourists from around the world to La Parguera. To provide this service P. bahamense must be balanced within a rich microbial community that helps supply its particular physiochemical needs. This dissertation develops and applies a suite of molecular, ecological, and computational approaches to characterize that community. Previous RNA extraction protocols failed to lyse all plankters from the lagoon uniformly, leaving thecate dinoflagellates underrepresented or missing entirely from metatranscriptomes. As part of the current study an airbrush based mechanical disruption method was innovated that exposes TRIzol™ entrained plankton slurries to extreme higher order derivatives of position, enabling robust, commensurate RNA extraction across diverse taxa. This methodological advance supported a transcriptome based survey of near surface plankton in Puerto Rico’s most iconic bioluminescent bay. Aligned with the first new moon of the Caribbean 2023 rainy season, this study’s round the clock sampling at six biologically impactful diel epochs revealed a rich, temporally structured biocenosis with the thecate dinoflagellate genus Tripos abundantly dominating by day, while the larvacean genus Oikopleura ruled the night. It further identified pollen as an important source of allochthonous nutrients and suggested a chytrid influence on dinoflagellate population dynamics.
La Bahía Fosforoscente es un recurso puertorriqueño de inmenso valor cultural, ecológico y comercial. Esta laguna es famosa por su población de Pyrodinium bahamense. Estos dinoflagelados bioluminiscentes producen la mayor parte de la luz que atrae a turistas de todo el mundo a La Parguera. Para brindar este servicio, P. bahamense debe estar en equilibrio dentro de una rica comunidad microbiana que ayude a satisfacer sus necesidades fisicoquímicas específicas. Esta disertación desarrolla y aplica una serie de métodos moleculares, ecológicos y computacionales para caracterizar dicha comunidad. Protocolos previos de extracción de ARN no lograron lisar uniformemente todo el plancton de la laguna, lo que provocó que los dinoflagelados tecados estuvieran subrepresentados o completamente ausentes de los metatranscriptomas. Como parte del presente estudio, se desarrolló un método innovador de disrupción mecánica mediante aerografía que expone suspensiones de plancton suspendidas en TRIzol™ a derivados de posición de orden superior extremos, lo que permite una extracción de ARN robusta y comparable en diversos taxones. Este avance metodológico respaldó un estudio transcriptómico del plancton superficial en la bahía bioluminiscente más emblemática de Puerto Rico. Coincidiendo con la primera luna nueva de la temporada de lluvias del Caribe de 2023, el muestreo continuo realizado durante seis épocas diurnas de gran impacto biológico reveló una biocenosis rica y temporalmente estructurada, donde el género de dinoflagelados tecados Tripos predominó abundantemente durante el día, mientras que el género de larváceos Oikopleura dominó durante la noche. Además, se identificó el polen como una importante fuente de nutrientes alóctonos y se sugirió una influencia del hongo quitridio en la dinámica poblacional de los dinoflagelados.