Proteomic profiles of two threatened Caribbean coral species <i>Acropora palmata</i> and <i>Orbicella faveolata</i>

Abstract

This dissertation consists of three studies related to scleractinian corals to understand how they respond at the molecular and cellular level to changes in temperature. The first study was designed to examine the proteomic response of the endangered Caribbean coral <i>Acropora palmata</i> during the 2010 mass bleaching event in the Caribbean. The data was validated using Western blot analysis for a selected set of differentially expressed proteins. This work was published in the peer-reviewed journal Marine Pollution Bulletin (Ricaurte et al. 2016). The second and third studies are focused on the proteomic response of reef-building corals <i>Acropora palmata </i>and <i>Orbicella faveolata </i>during ambient and seasonal fluctuations of sea water temperature. Since both corals are threatened species and have important ecological and cultural value in the Caribbean, it is important to understand how the proteome is altered with seasonal changes in temperature since these studies provide us with information on the baseline responses of corals to normal environmental conditions. These baseline responses can be then compared to responses during extreme, stressful events such as prolonged water thermal anomalies. In the second study, a comparative proteomic analysis of <i>Acropora palmata</i> during January and February, representing the cooler dry season, and August and September, representing the warmer wet seasons of 2014 and 2015 was done. Two-Dimensional Gel Electrophoresis (2D-GE), Mass Spectrometry (MS/MS) analysis, and RT-PCR techniques were used to identify the differentially expressed proteins in both seasons. The results indicated that temperature induced significant metabolic changes in <i>A. palmata </i>related to enzymatic, translational and apoptotic processes, among other important cellular functions (manuscript in review in the journal Marine Systems, 2022). In the third study, a comparative proteomic analysis of the Caribbean coral <i>Orbicella faveolata</i> between the dry and wet seasons during 2014 and 2015 was done. The identification of proteins through mass spectrometry (MS/MS), provided a new perspective on the response of <i>O. faveolata </i>to heat tolerance and the acclimatization mechanism involved with fluctuating temperatures (manuscript in review in the journal Marine Genomics, 2022).

Esta disertación consta de tres estudios relacionados para avanzar nuestro conocimiento de cómo responden los corales escleractinidos a nivel molecular y celular a los cambios de temperatura. El primer estudio fue diseñado para examinar la respuesta proteómica del coral Caribeño en peligro de extinción <i>Acropora palmata</i> durante el evento de anomalia termica y blanqueamiento masivo en 2010 en el Caribe. Los datos se validaron mediante análisis de Western Blot para un conjunto seleccionado de proteínas expresadas diferencialmente. Este trabajo se publicó en la revista revisada por pares en Marine Pollution Bulletin (Ricaurte et al. 2016). El segundo y el tercer estudio se centran en la respuesta proteómica de los corales constructores de arrecifes <i>Acropora palmata</i> y <i>Orbicella faveolata</i> durante las fluctuaciones estacionales de la temperatura del agua del mar. Dado que ambos corales están amenazados y tienen un gran valor ecológico y cultural en el Caribe, es importante entender cómo se altera el proteoma con los cambios estacionales de temperatura, ya que estos estudios nos proporcionan información sobre las respuestas de referencia de los corales y cómo se comparan con las respuestas durante eventos climáticos extremos como las anomalías témicas prolongadas. En el segundo estudio, se desarrollo un análisis proteómico comparativo de <i>Acropora palmata</i> durante enero y febrero, que representan la estación seca y fría, y agosto y septiembre, que representan las estaciones húmedas y más cálidas del 2014 y 2015. Se utilizaron técnicas de electroforesis bidimensional en gel (2D-GE, por sus siglas en inglés), análisis de espectrometría de masas (MS/MS) y RT-PCR para identificar las proteínas expresadas diferencialmente en ambas estaciones. Los resultados indicaron que la temperatura indujo cambios metabólicos significativos en <i>A. palmata</i> relacionados con procesos enzimáticos, de traducción y apoptóticos, entre otras funciones celulares importantes (manuscrito en revisión en la revista Marine Systems, 2022). En el tercer estudio, se realizó un análisis proteómico comparativo del coral caribeño <i>Orbicella faveolata</i> entre las estaciones seca y húmeda durante 2014 y 2015. La identificación de proteínas a través de espectrometría de masas (MS/MS), brindó una nueva perspectiva sobre la respuesta de <i>O. faveolata</i> a la tolerancia al calor y el mecanismo de aclimatación involucrado con las temperaturas fluctuantes (manuscrito en revisión en la revista Marine Genomics, 2022).