• No results found

Insights into the biogeography, survival, and dispersal mechanisms of the extremely halophilic bacterium Salinibacter ruber

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "Insights into the biogeography, survival, and dispersal mechanisms of the extremely halophilic bacterium Salinibacter ruber"

Copied!
236
0
0

Laster.... (Se fulltekst nå)

Fulltekst

(1)

.    

         

UNIVERSITAT  DE  LES  ILLES  BALEARS  

PROGRAMA  DE  DOCTORAT  EN  MICROBIOLOGIA  AMBIENTAL  I  BIOTECNOLOGIA   DEPARTAMENTO  DE  BIOLOGIA  

   

             

Insights  into  the  biogeography,  survival,  and  dispersal  mechanisms  of   the  extremely  halophilic  bacterium  Salinibacter  ruber  

               

JOCELYN  BRITO  ECHEVERRIA    

TESI  DOCTORAL    

 

Directores  de  tesis    

Ramon  Rosselló  Móra   Aránzazu  López  López  

 

Institut  Mediterrani  d’Estudis  Avançats  (CSIC-­‐UIB)   Departament  de  Ecologia  i  Recursos  Marins  

Grupo  de  Microbiología  Marina    

 

Palma  de  Mallorca   Julio  2011  

(2)

 

(3)

     

Dissertation  presented  by  Jocelyn  Brito  Echeverría  for  the  Ph.D.  degree  in  the  Programme  of   Environmental  Microbiology  and  Biotechnology  organized  by  Universitat  de  les  Illes  Balears  (UIB)  

   

           

     

Ramon  Rosselló-­‐Móra                                                    Aránzazu  López  López            Director  de  tesi                                                                Directora  de  Tesi  

   

     

 

   Jocelyn  Brito  Echeverría   Doctorando  

   

     

Tesis  doctoral  presentada  por  Jocelyn  Brito  Echeverría  para  obtener  el  título  de  Doctor  en  el  Programa   de  Microbiología  Ambiental  y  Biotecnología  de  la  Universidad  de  las  Islas  Baleares  (UIB)    

   

(4)

 

(5)

     

Acknowledgements    

This  work  was  supported  by  the  projects  CLG2006-­‐12714-­‐C02-­‐01/  02,  CLG2009-­‐  12651-­‐C02-­‐01/  02;  and   CE-­‐CSD2007-­‐0005  of  the  Spanish  Ministry  of  Science  and  Innovation,  which  were  also  co-­‐financed  with   FEDER  support  from  the  European  Union.  Jocelyn  Brito-­‐Echeverría  was  financed  by  the  Government  of   the  Balearic  Islands  through  the  Ministry  of  Economy  and  Finance.  

 

Also   I   want   to   thank   some   people   who   made   this   work   possible.   First,   to   my   thesis   supervisors   Dr.  

Ramon   Rosselló-­‐Móra   and   Dr.   Arantxa   López-­‐López   for   the   opportunity   provided   and   the   intellectual,   personal  and  technical  help  received  during  the  consecution  of  this  work.    

 

Second,  to  the  members  of  the  Marine  Microbiology  Group  of  IMEDEA  for  all  the  great  experiences  we   lived.  

 

Third,  to  Prof.  Philippe  Schmitt-­‐Kopplin  and  Dr.  Marianna  Lucio  from  Helmholtz  Zentrum  Müenchen  for   their  technical  and  intellectual  support  and  for  all  the  hours  spent  on  my  training.  

 

Finally,   to   Prof.   Josefa   Antón   and   Dr.   Arantxa   Peña   of   the   Universidad   de   Alicante   for   their   precious   advices  and  technical  support.  

 

And  lastly,  but  not  least,  to  my  lovely  husband  Dr  Echeveste  for  his  infinite  patience,  wisdom  and  love.  

                                 

(6)

   

(7)

                                                                 

A mis abuelos A mis niños Florencia y Leonardo  

                       

(8)

 

(9)

 

TABLE  OF  CONTENTS    

 

ABSTRACT………..1  

  I. INTRODUCTION...7  

  1.      Hypersaline  environment………..…….9  

1.1.  Hypersaline  environments:  diversity  and  dispersal  of  microorganisms...10  

  2.      Solar  salterns,  a  thalassohaline  environment……….………....….12  

2.1.  Microbiota  of  solar  salterns...13  

2.2.  Extremely  halophilic  bacteria  inhabiting  solar  salterns………..………....14  

  3.      The  extremely  halophilic  bacterium  Salinibacter  ruber  ……….………15  

3.1.  Salinibacter  characteristics  of  the  genus………….………..16  

3.2.  Phylogeny………..18  

3.3.  Abundance  and  distribution..………...19  

3.4.  The  genome  of  Salinibacter  ruber  DSM  13855T...………..21  

3.5.  Genomic  comparisons  among  Salinibacter  strains………..……….……….23  

  4.      Biogeography………..……….24  

4.1.  Biogeographical  patterns  of  S.  ruber……….25  

  5.      Genomics  and  metabolomics  of  cultured  organisms……….………26  

5.1.  Genotypic  characterization  of  prokaryotes:  Multilocus  Sequence  Analysis  (MLSA)...27  

5.2.  Phenotypic  characterization  of  prokaryotes:  Metabolomics  ………29  

  II. AIMS  AND  SCOPES  OF  THESIS  PROJECT………33  

  III. MATERIALS  AND  METHODS……….……….37  

  1.      Samples,  strains  and  cultures………...………...39  

1.1.  S.  ruber  strain  collection  and  culture  conditions………..………...39  

(10)

 

1.2.  Isolation  of  prokaryotes  from  nostrils  of  Calonectris  diomedea  ………..……….40  

1.3.  Reference  strains………..………...40  

1.4.  Growth  curves……….40  

1.5.  Stress  conditions………41  

1.6.  Culturability  of  cells……….………41  

  2.      Nucleic  acids  extractions  and  quantifications……….………..41  

2.1.  DNA  extraction  of  Halococcus  sp.  strains  isolated  from  nostrils  and  reference  strains………….……….41  

2.2.  DNA  extraction  of  S.  ruber  strains  for  Polymerase  Chain  Reaction  (PCR)………..…..43  

2.3.  Spectrophotometric  determination  of  DNA……….………43  

2.4.  Agarose  Gel  Electrophoresis  for  DNA  quantification……….………...43  

  3.      DNA  amplifications  by  PCR……….………43  

3.1.  16S  rRNA  genes  of  Archaea  and  Bacteria  domain……….………..43  

3.2.  Ribosomal  internal  transcribed  spacer  (ITS)……….44  

3.3.  Housekeeping  or  protein-­‐coding  genes………..44  

3.4.  Fingerprinting  techniques……….………..44  

3.4.1.  Random  Amplification  of  Polymorphic  DNA  (RAPD)……….……….44  

3.4.2.  Denaturing  Gradient  Gel  Electrophoresis  (DGGE)  amplifications………...………..……..45  

3.5.  Purification  of  PCR  products………..46  

  4.      Whole-­‐DNA  analyses………51  

4.1.  Determination  of  G+C  mole  percentage……….51  

4.2.  DNA-­‐DNA  hybridizations  (DDH)……….………..51  

4.2.1.  Labelling  and  separation  of  DNA………..……….………..……….51  

4.2.2.  Detection  of  eluted  DNA………..………53  

4.2.3.  Treatment  of  hybridization  data………..………...53  

  5.      Sequencing  of  genes  and  phylogenetic  reconstructions………..………..54  

5.1.  Sequencing………..……….54  

5.2.  Sequence  analyses………..………...54    

(11)

 

5.3.  Phylogenetic  reconstructions  of  16S  rRNA  and  concatenated  genes………..………54  

  6.      Proteins  extraction  and  quantification………...………55  

6.1.  Outer  membrane  protein  extraction………...……….55  

6.2.  Inner  membrane  protein  extraction  ………...………..56  

6.3.  Proteins  quantification………...………56  

6.4.  Matrix  Assisted  Laser  Desorption/Ionization  time  of  flight  Mass  Spectrometry  (MALDI-­‐  TOF  MS).…57   6.4.1.  Mass  spectra  analyzes………..………...58  

  7.      Lipopolysaccharide  (LPS)  analysis………..58  

7.1.  LPS  extraction……….……….58  

7.2.  Detection  of  LPS  by  silver  staining………..………..59  

  8.      Electrophoresis……….………..60  

8.1.  Agarose  gel  electrophoresis  ……….……….60  

8.2.  Polyacrylamide  gel  electrophoresis  (SDS-­‐PAGE)……...60  

8.3.  Denaturing  Gradient  Gel  Electrophoresis  (DGGE)…..……….………...61  

  9.      Physiological  and  biochemical  tests……….………...62  

  10.  Metabolomics……….……….62  

10.1.  Metabolite  extracts  preparation………….……….………62  

10.2.  Solid-­‐phase  extraction……….63  

10.3.  ICR-­‐FT/MS  procedure……….……….63  

10.4.  Statistical  analysis...64  

10.5.  Metabolites  identification...65  

  11.  Microscopy  techniques...65  

11.1.  Sample  fixation...……….65    

11.2.  -­‐4'-­‐6-­‐diamidino-­‐2-­‐phenylindole  stain  (DAPI)………...66  

11.3.  Fluorescence  in  situ  hybridization  (FISH)……….……….……….66    

(12)

 

IV.  RESULTS  AND  DISCUSSION………..67  

  CHAPTER  1:  Intraspecific  diversity  and  biogeography  of  S.ruber  strains     1.1.  Background……….……….69  

  1.2.  Multilocus  sequence  analysis  (MLSA)………..……….69  

1.2.1.  Amplification  of  protein-­‐coding  genes………...69  

1.2.2.  Sequencing  of  protein-­‐coding  genes…….……….……….70  

1.2.3.  Phylogenetic  reconstruccions  ……….……….72  

  1.3.  Metabolomic  comparisions  of  strains………..……….74  

1.3.1.  Metabolome  composition  analysis………74  

1.3.2.  Statistical  analysis  and  proposed  models………..………..74  

1.3.3.  Discriminative  analysis  of  Mediterranean  strains……….………..79  

  1.4.  Conclusions………..………81  

    CHAPTER  2:  Survival  and  response  to  adverse  conditions  in  S.  ruber  M8  and  M31  strains     2.1.  Background……….……….85  

  2.2.  Growth  curves………85  

2.2.1.  Growth  kinetics……….……….85  

2.2.2.  Variations  of  cells  numbers  and  FISH-­‐detectable  cells  along  the  growth……….………...86  

2.2.3.  Culturability  along  the  growth  ……….89  

  2.3.  Stress  dynamics……….………89  

2.3.1.  Cells  abundances  and  FISH-­‐detectable  cells  numbers  under  stress  conditions………...90  

2.3.2.  Culturability  changes  in  stress  conditions……….…...90    

(13)

  2.3.3.  Cells  numbers  FISH  counts  and  culturability  changes  during  prolonged  temperature  

conditions...91  

  2.4.  Metabolome  comparisions………..……….93  

2.4.1.  Common  metabolome  composition  in  both  strains  along  the  different  phases  of  the  growth   curve.……….……93  

2.4.1.1.Statistical  analysis  and  models……….………..93  

2.4.1.2.  Analysis  of  discriminative  masses……….95  

2.4.1.3.  Identification  of  masses…….……….………97  

2.4.2.  Metabolome  composition  in  M8  and  M31  strains  during  stress   conditions.………102  

2.4.2.1.  Statistical  analysis  and  models  of  each  strain……….…102  

2.4.2.2.Common  response  discriminative  analysis  in  the  assayed  stresses……….………...105  

2.4.2.3.  Common  long  term  response  discriminative  analysis  in  temperature  stress……….107  

2.4.2.4.  Identification  of  stress  response  masses………109  

2.4.3.  Identification  of  masses  and  metabolic  implications………..………121  

  2.5.  Membrane  proteins  analysis  of  strains  during  stress  conditions……….122  

2.5.1.  SDS-­‐PAGE  of  outer  membrane  proteins……….……….………..122  

2.5.2.  SDS-­‐PAGE  of  inner  membrane  proteins………...124  

  2.6.  Lipopolysaccharide  (LPS)  analysis  of  strains  during  stress  conditions……….……….126  

  2.7.  Matrix  assisted  laser  desorption/ionization-­‐time-­‐of-­‐flight  mass  spectrometry  analysis  of  strains   during  stress  ………..…....128

2.7.1.  Statistical  analysis………..………128  

2.7.2.  Clustering  analysis……….130  

  2.8.  Conclusions…….………..131    

(14)

   

CHAPTER  3:  Dispersal  mechanisms  of  extremely  halophilic  microorganisms    

3.1.  Background………137  

  3.2.  Initial  molecular  screening  of  samples………138  

  3.3.  Isolation  of  prokaryotes  from  nostril  of  Calonectris  diomedea  individuals………..138  

3.3.1.  Sequencing  of  16S  rRNA  genes  and  phylogenetic  analysis...………....139  

  3.4.  Taxomonic  study  of  the  isolates……….141  

3.4.1.  G+C  content  ………...141  

3.4.2.  DNA-­‐DNA  hybridization  ……….141  

3.4.3.  Physiological  and  biochemical  tests………142  

  3.5.  Intraspecific  diversity  of  new  Halococcus  strains………145  

3.5.1.  Random  Amplification  of  Polymorphic  DNA  (RAPD)………145  

3.5.2.  Multilocus  sequence  analysis  (MLSA)  ………..147  

3.5.3.  Phylogenetics  reconstructions………..150  

  3.6.  Conclusions……….………..152  

  V.  CONCLUSIONS……….157  

  REFERENCES………159  

  SUPLEMENTARY  MATERIAL……….187    

   

   

(15)

-­‐1-­‐  

 

ABSTRACT    

Salinibacter  ruber  is  the  first  extremely  halophilic  member  of  the  Bacteria  domain  with  demonstrated   ecological  relevance  in  hypersaline  environments.  To  date,  members  of  S.  ruber  have  been  isolated  from   a   large   number   of   widely   separated   salterns,   but   all   of   them   have   shown   an   enormous   degree   of   taxonomic   resemblance.   The  extreme conditions   and   geographical   isolation   of   its   environments   are   optimal   circumstances   for   observing   allopatric   speciation   and   to   investigate   possible   mechanisms   of   dispersal  of  halophilic  organisms.  The  screening  of  nostril  salt-­‐excreting  glands  from  migratory  seabirds   revealed  the  occurrence  of  Halococcus  strains  which  may  constitute  one  the  most  rapid  and  effective   mechanisms  to  blurry  allopatric  speciation  of  the  members  of  this  archaea  and  other  halophilic  species.  

On  the  other  hand,  a  metabolomic  approach  by  using  ultrahigh  resolution  mass  spectrometry  revealed   that   isolates   from   five   different   sites   in   the   world,   could   be   distinguished   by   differences   in   the   membrane  composition,  and  these  differences  could  be  correlated  to  their  geographical  isolation  site   distances.  In  addition,  this  approach  allowed  the  study  of  the  environmental  changes  response  of  the   two  closest  relative  strains  M8  and  M31.  This  response  could  be  attributed  to  modifications  in  the  cell   membrane,  specifically  in  the  length  or  saturation  ratio  of  fatty  acids  involved  in  the  glycerolipid,  and   glycerophospholipid  metabolisms.    Thus,  the  pathways  related  to  the  synthesis  and  metabolism  of  cell   envelope   compounds   in   the   extremely   halophilic   bacteria  Salinibacter   ruber,   could   be   the   first   line   of   defense  guarding  the  organism  from  adverse  environmental  conditions.  

                       

(16)

 

(17)

-­‐3-­‐  

 

RESUMEN    

Salinibacter   ruber   es   el   primer   miembro   reconocido   del   dominio  Bacteria   con   relevancia   ecológica   en   ambientes   hipersalinos.   Hasta   la   fecha,  S.   ruber   ha   sido   aislado   en   salinas   geográficamente   muy   distantes   y,   sin   embargo,   desde   un   punto   de   vista     taxonómico   constituyen   un   grupo   altamente   homogéneo.  Tanto  las  condiciones  extremas,  como  el  aislamiento  geográfico  de  los  ambientes  en  los   que  se  han  aislado,  son  óptimas  circunstancias  para  observar  especiación  alopátrica  e  investigar  posibles   mecanismos  de  dispersión  en  organismos  halófilos  extremos.  La  detección  cepas  de  Halococcus  en  las   glándulas  secretoras  de  sal,  en  narinas  de  aves  marinas  migratorias,  reveló  que  éstas  podrían  constituir   uno   de   los   mecanismos   más   rápidos   y   eficientes   para   la   posible   especiación   alopátrica   de   arqueas   y   otros  procariotas  halófilos  extremos.  Por  otro  parte,  la  aproximación  metabolómica,  mediante  el  uso  de   espectrometría   de   masas   ultra   alta   resolución,   reveló   que   aislados   provenientes   de   cinco   lugares   geográficamente  distantes,  pueden  ser  distinguidos  por  diferencias  de  sus  componentes  de  membrana,   las   cuales   se   correlacionan   con   la   distancia   geográfica   de   los   aislados.   Además,   esta   aproximación   permitió   estudiar   la   respuesta   de   dos   de   las   cepas   más   cercanas,   M8   y   M31,   frente   a   cambios   en   las   condiciones  ambientales.  De  esta  forma,  la  respuesta  pudo  atribuirse  a  modificaciones  de  la  membrana   celular,  concretamente  en  la  longitud  o  grado  de  saturación  de  los  ácidos  grasos  que  participan  en  el   metabolismo  de  glicerolípidos  y  glicerofosfolípidos.  Por  lo  tanto,  las  vías  relacionadas  con  la  síntesis  y   metabolismo   de   compuestos   que   constituyen   la   envoltura   celular   de   la   bacteria   halófila   extrema   Salinibacter   ruber,   parecen   ser   la   primera   línea   de   defensa   que   protege   al   organismo   frente   a   las   condiciones  adversas  de  su  medio  circundante.  

                   

(18)

 

(19)

-­‐5-­‐  

    RESUM    

Salinibacter   ruber   és   el   primer   membre   reconegut   del   domini  Bacteri   amb   rellevància   ecològica   en   ambients  hipersalins.  Fins  ara,  S.  ruber  ha  estat  aïllat  en  salines  geogràficament  molt  distants  però,  les   quals  des  d'un  punt  de  vista  taxonòmic  constitueixen  un  grup  homogeni.  Tant  les  condicions  extremes,   com   la   distància   geogràfica   dels   seus   aïllats,   són   òptimes   circumstàncies   per   observar   especiació   alopàtrica  i  investigar  possibles  mecanismes  de  dispersió  en  organismes  halòfils  extrems.  La  detecció  de   soques  de  Halococcus  en  les  glàndules  secretores  de  sal    en  narius  d'aus  marines  migratòries,  va  revelar   que  aquestes  podrien  constituir  un  dels  mecanismes  més  ràpids  i  eficients  per  a  la  especiació  alopàtrica   d'arqueges   i   altres   halòfils   extrems.   D'altra   banda,   l'aproximació   metabolòmica,   mitjançant   l'ús   d'espectrometria   de   masses   d’ultra   alta   resolució,   va   revelar   que   aïllats   provinents   de   cinc   llocs   geogràficament  diferents,  poden  ser  distingits  per  diferències  en  els  seus  components  de  membrana,  les   quals  es  correlacionen  amb  la  distància  geogràfica  dels  aïllats.  A  més,  aquesta  aproximació  va  permetre   estudiar   la   resposta   de   dues   de   les   soques   més   properes,   M8   i   M31,   davant   els   canvis   del   medi.  

D'aquesta   manera,   la   resposta   es   va   poder   atribuir   a   modificacions   de   la   membrana   cel·∙lular,   concretament  en  la  longitud  o  grau  de  saturació  dels  àcids  grassos  que  participen  en  el  metabolisme  de   glicerolípids   i   glicerofosfolípids.   Per   tant,   les   vies   relacionades   amb   la   síntesi   i   metabolisme   de   compostos  que  constitueixen  l'embolcall  cel·∙lular  del  bacteri  halòfil  extrem  Salinibacter  ruber,  podrien   ser  la  primera  línia  de  defensa  que  protegeix  l'organisme  enfront  de  les  condicions  adverses  del  medi   que  l’envolta.  

                       

(20)

 

(21)

                             

              I.  INTRODUCTION  

           

(22)

 

(23)

Introduction  

  -­‐9-­‐

 

 

1.  Hypersaline  environments  

The  oceans  are  the  largest  bodies  of  saline  water  on  the  Earth,  with  average  salinities  ranging  from  32  to   35  g  L-­‐1(Kerkar,  2004).  Hypersaline  environments,  with  higher  salinities  than  those  found  in  seawater,   are   generally   originated   as   a   result   of   evaporation   of   seawater   (Kerkar,   2004).   In   this   kind   of   environments,  also  known  as  thalassohaline,  the  salt  composition  is  similar  to  seawater,  where  the  Na+   and  Cl-­‐  are  the  dominating  ions,  followed  by  SO42-­‐,  and  the  pH  is  near  neutral  to  slightly  alkaline  (Oren,   2002c).   During   the   seawater   evaporation,   some   changes   occur   in   the   ionic   composition   due   to   the   precipitation   of   minerals   as   CaCO3   (as   calcite   or   aragonite)   and   gypsum   (CaSO4*2H2O),   and   other   minerals  that  exceed  their  solubility.  Salt  lakes  of  marine  origin,  as  Great  Salt  Lake  in  Utah  (41º  O’N-­‐112º   O’E)   and   the   multipond   solar   salterns   located   mainly   in   tropical   and   subtropical   areas   worldwide,   are   examples  of  this  kind  of  environments.    

Moreover,   there   are   also   hypersaline   environments   whose   composition   differs   from   seawater,   which   are  called  athalossohaline  environments.  The  dominating  ions  in  these  ones  are  commonly  K+  and  Mg2+,   while   Na+   and   SO42-­‐   remains   at   low   concentrations   (Oren,   2002a).   A   well   known   example   is   the   Dead   Sea,  a  slightly  acidic  lake  (pH  around  6.0),  where  the  concentration  of  divalent  cations,  such  as  Mg2+  and   Ca2+,  exceeds  that  of  monovalent  cations,  such  as  K+  and  Na+  (Oren,  2002c).  Chloride  and  bromide  are   the   dominant   anions,   with   sulphate   concentrations   being   very   low   (Oren,   2002c).   There   are   other   hypersaline  athalassohaline  lakes  worldwide  in  which  the  ionic  composition  widely  varies  (Javor,  1989;  

Rodríguez-­‐Valera,  1988).  

Depending   on   the   geographic   area,   the   chemical   composition   of   hypersaline   environments   may   be   affected   by   several   factors,   as   the   decrease   of   oxygen   when   increasing   salinity   or   high   and   low   temperatures   (Rodríguez-­‐Valera,   1988;   Ventosa,   2006).   In   addition,   factors   such   as   the   atmospheric   pressure,   nutrient   availability,   solar   radiation   and/or   the   presence   of   trace   metals   and   other   toxic   compounds,  affect,  not  only  the  chemical  composition,  but  also  the  biological  processes  that  occur  in   these  environments  (Rodríguez-­‐Valera,  1988).  Microorganisms  living  in  hypersaline  environments  can  be   classified   through   their   salt   dependence   and   salt   tolerance,   which   are   the   terms   generally   used   in   microbial  taxonomy  to  describe  the  phenotypic  characteristics  of  microorganisms  inhabiting  this  kind  of   environments   (Oren,   2008).   The   most   widely   used   definitions   were   formulated   thirty   years   ago   by   Kushner  (1978),  who  distinguished  different  categories:  extreme  halophiles,  whose  best  growth  occurs   in  media  containing  2.5-­‐5.2  M  salt;  borderline  extreme  halophiles,  whose  best  growth  occurs  in  media   containing  1.5-­‐4.0  M  salt;  moderate  halophiles,  whose  best  growth  occurs  in  media  containing  0.5-­‐2.5  M   salt;  and  halotolerant  microorganisms,  which  do  not  show  an  absolute  requirement  of  salt  for  growth    

(24)

Introduction  

  -­‐10-­‐

 

 

but  they  often  grow  well  up  to  very  high  salt  concentrations  (considered  extremely  halotolerant  if  the   growth  range  extends  above  2.5  M  salt)  (Kushner,  1978).  Currently,  microorganisms  that  grow  optimally   at  salt  concentrations  of  50  g  L-­‐1  (0.8  M)  or  higher,  and  tolerate  100  g  L-­‐1  (1.7  M)  at  least,  are  considered   halophilic  microorganisms  (Oren,  2008).  

 

1.1.Hypersaline  environments:    diversity  and  dispersal  of  microorganims  

Life  exists  over  the  whole  range  of  salt  concentrations  encountered  in  natural  habitats:  from  freshwater   environments  to  hypersaline  lakes  such  as  the  Dead  Sea  (31º20’N  35º30’E,  Israel,  Jordan  and  Palestine),   saltern   crystallizer   ponds,   and   other   habitats   saturated   in   sodium   chloride.   The   microbial   community   diversity  adapted  to  these  prevailing  conditions  depends  on  the  properties  of  the  saline  and  hypersaline   habitats   on   Earth.   These   extreme   environments   periodically   support   dense   microbial   blooms   (Oren,   1988),  as  observed  in  saltern  ponds  that  often  display  a  bright  red  coloration  due  to  the  large  number  of   pigmented  microorganisms  they  harbour  (Oren  &  Rodriguez-­‐Valera,  2001).    

Based   on   the   small   subunit   rRNA   sequences,   halophiles   are   found   in   all   the   three   domains   of   life:  

Archaea,  Bacteria  and  Eucarya  (Figure  1).  Within  Archaea,  specifically  within  the  phylum  Euryarchaeota,   the  most  salt-­‐requiring  microorganisms  are  found  in  the  order  Halobacteriales,  which  contains  a  single   family,  the  Halobacteriaceae.  The  most  representative  genera  in  the  family  are  Halobacterium  (Larsen,   1989),  Haloarcula  (Torreblanca  et  al.,  1986)  and  Haloquadratum  (Walsby,  1980),  and  require  over  100-­‐

150  g  L-­‐1  of  salt  to  grow  and  stabilize.  Besides,  within  the  order  Methanococci  we  also  find  halophilic  or   highly   halotolerant   species   as   Methanohalophilus,  and  Methanohalobium.  Moreover,   and   to   date,   within  the  Crenarchaeota  kingdom  no  halophiles  have  been  yet  identified  (Oren,  2002a).In  the  bacterial   domain,   the   halophily   is   widespread   within   the   phyla  Cyanobacteria,   Proteobacteria,   Firmicutes,   Actinobacteria,  Spirochaetes,  and  Bacteroidetes  (Oren,  2008).  However,  not  many  bacterial  species  had   been  considered  as  ecologically  relevant  in  such  environments.  The  most  important  cases  of  ecological   relevance  are  the  members  of  the  genus  Salinibacter  (Antón  et  al.,  2000)  and  Salicola  (Maturrano  et  al.,   2006b).  

Finally,   within  Eucarya  the   most   important   representative   member   of   the   halophilic   organisms   is  the   unicellular   green   algae  Dunaliella,   which   seems   to   be   the   main   or   sole   primary   producer   in   many   hypersaline   environments   (Oren,   2005a).   Other   representative   members   of   this   domain   are   the   brine   shrimp  Artemia   salina   (Linnaeus,   1758),   the   meristematic   fungus  Trimmatostroma   salinum   (Zalar   P,   1999),   the   black   yeast   Hortaea   werneckii   (Gunde-­‐Cimerman   et   al.,   2000),   and   flagellates   as   Pleurostomum  flabellatum  (Cho,  2005)  and  Halocafetaria  seosinensis  (Park,  2006).  

(25)

Introduction  

  -­‐11-­‐

 

 

   

Figure  1:  Distribution  of  halophilic  microorganisms  within  the  tree  of  life  based  on  the  small  subunit  rRNA  gene   sequences.  Figure  indicates  the  groups  of  microorganisms  containing  halophilic  representatives  found  in  all  three   domains:  Archaea,  Bacteria,  and  Eukarya.  

   

Most   of   the   extreme   halophiles   exhibit   a   relatively   high-­‐salt   requirement   for   their   growth,   both   in   cultured  species  (Oren,  1994b)  or  natural  communities    (Antón  et  al.,  2000),  being  growth  absent  below   10–15%  salt.  However,  other  haloarchaea  may  survive  as  viable  cells  in  low-­‐salinity  environments  close   to   seawater   salt   concentrations   (Purdy   et   al.,   2004).   Despite   the   distantly,   scattered   distribution   of   hypersaline  environments,  in  many  cases  the  microbial  composition  is  highly  similar  (Pedrós-­‐Alió,  2005),   suggesting  possible  mechanisms  of  dispersal  of  extremely  halophilic  microorganisms.    

The  first  dispersal  mechanism  was  proposed  thirty  years  ago  by  Rodríguez-­‐Valera  and  colleagues  (1979),   who  argued  that  the  halophilic  organisms  throughout  the  Earth  may  be  a  consequence  of  the  circulation   of  the  seawater  streams  around  the  world’s  oceans.  Through  this  mechanism,  extreme  halophiles  may   be   transported   in   a   dormant   stage,   which   may   be   applicable   for   coastal   high-­‐salt   environments   (Rodríguez-­‐Valera  et  al.,  1979),  but  may  not  explain  the  occurrence  of  extreme  halophiles  in  salterns  at   high  elevations.  For  example,  widely  spread  extreme  halophiles  have  been  detected  in  salterns  at  more   than  3000  m  above  the  sea  level  in  the  Andean  cordillera  (Maturrano  et  al.,  2006a),  probably  through   organisms  that  may  have  survived  trapped  in  ancient  evaporitic  formations  (Stan-­‐Lotter  et  al.,  2002).  

(26)

Introduction  

  -­‐12-­‐

 

 

However,   there   are   other   mechanisms,   such   as   aerial   transport   that   may   act   as   plausible   dispersal   systems  too  (Kellogg  &  Griffin,  2006).  For  example,  natural  and  artificial  hypersaline  environments  are   frequented  by  migratory  birds  that  feed  from  Artemia  spp.  thriving  in  their  brines.  Microorganisms  may   be   trapped   in   their   feathers   or   extremities   and   be   dispersed   through   similar   environments,   as   it   has   been  hypothesized  for  cladocerans  and  bryozoans  (Figuerola  et  al.,  2005),  constituting  one  of  the  most   rapid  and  effective  mechanism  to  allopatric  speciation  for  the  halophilic  organisms.  

   

2.Solar  salterns:  a  thalassohaline  environment  

Coastal  solar  saltern  evaporation  ponds  are  thalassohaline,  semi-­‐artificial  hypersaline  environments,  in   which   the   seawater   is   evaporated   for   the   production   of   salt   (Oren,   2009).   These   systems   are   found   worldwide  in  dry  tropical  and  subtropical  climates  (Oren,  2009),  being  habitually  subjected  to  high  solar   radiation,  wide  temperature  fluctuations  and  low  oxygen  concentration  due  to  the  saturation  of  salts   (Figure  2).  Seawater,  pumped  to  the  first  set  of  ponds,  is  evaporated  until  certain  salinity  is  reached.  The   water  is  then  transferred  to  the  next  series  of  ponds,  in  where  the  salinity  increases  in  each  stage.  The   process  results  in  a  discontinuous  salinity  gradient,  in  which  the  salt  concentration  in  each  pond  is  kept   approximately  constant  over  the  time.  In  an  early  stage,  when  the  salinity  reaches  twice  or  three  times   that   of   seawater,   CaCO3   precipitates   in   the   form   of   aragonite   and/or   calcite.   When   the   salt   concentration   has   reached   four   times   the   seawater   concentration,   the   solubility   limit   of   CaSO4  is   reached,  deriving  in  a  massive  precipitation  of  gypsum  (CaSO4*2  H2O)  (Javor,  2002).  Gypsum  deposits   are   characteristically   found   on   the   bottom   of   the   saltern   ponds   (Caumette   P.,   1994).   NaCl   crystals   (halite)  are  formed  when  the  total  salt  concentration  reaches  values  above  300  g  L-­‐1.  After  most  of  the   NaCl  has  precipitated  to  the  bottom  of  the  crystallizer  ponds,  the  remaining  concentrated  brines  (“the   bitterns”)  mainly  contain  Mg2+,  K+,  Cl-­‐,  and  SO42-­‐.  

In  this  sense,  Mg2+  is  the  third  most  abundant  element  dissolved  in  seawater  and  is  ubiquitous  in  the   Earth's  crust,  where  it  exists  in  association  with  a  variety  of  anions  (Hallsworth  et  al.,  2007).  Magnesium   chloride  is  exceptionally  soluble  in  water,  achieving  high  concentrations  (>  5M)  in  brines  (Hallsworth  et   al.,  2007).  Finally,  after  collecting  the  sodium  chloride,  the  brines  are  generally  returned  to  the  sea  or   further  processed  to  harvest  potash  (KCl)  and  other  salts  (Oren,  2002a).    

Many   halophilic   and   halotolerant   microorganisms   in   cultures   have   been   isolated   from   these   environments  from  both,  water  and  sediments  underlying  the  brines  (Oren,  2005a).    

 

(27)

Introduction  

  -­‐13-­‐

 

 

Each  pond  enables  the  growth  of  those  microbial  communities  adapted  to  the  specific  salinity  of  their   brines,   providing   an   excellent   model   system   for   the   study   of   the   microbial   biodiversity,   community   dynamics,  and  physiological  adaptations  at  high  salt  concentrations  (Oren,  2005a).  

                               

Figure  2:  Solar  salterns  consist  of  a  series  of  shallow  ponds  connected  in  a  sequence  of  increasingly  saline  brines.  

(A)  The  extreme  halophiles  that  inhabit  these  environments  grow  best  at  the  highest  salinities  (3.4–5  mol  L-­‐1  NaCl),   forming  dense  blooms,  and  resulting  in  the  red  color  of  many  salterns  (Guixa-­‐Boixareu,  1996).  (B)  Panoramic  view  of   a   Mediterranean   solar   saltern   (Majorca,   Spain)   where   the   seawater   pumped   to   the   first   set   of   ponds   (arrow),   evaporates  until  certain  salinity  is  reached.  The  water  is  then  transferred  to  the  next  series  of  ponds,  where   the   salinity  increases  in  each  stage,  resulting  in  a  discontinuous  salinity  gradient,  in  which  the  salt  concentration  in  each   pond  is  kept  approximately  constant  over  the  time.  Crystallizers  are  the  last  ponds  and  have  salinity  above  30%.      

   

2.1.Microbiota  of  solar  salterns  

The  microbiota  of  saltern  ponds  has  been  deeply  studied  and  reviewed  by  conventional  and  molecular   techniques  (Antón  et  al.,  1999;  Antón  et  al.,  2000;  Benlloch  et  al.,  2001;  Benlloch  et  al.,  2002;  Casamayor   et  al.,  2002;  Estrada  et  al.,  2004;  Litchfield  &  Gillevet,  2002;  Maturrano  et  al.,  2006a;  Oren,  1994b;  Oren  

&  Rodriguez-­‐Valera,  2001;  Oren,  2002a;  Oren,  2002b;  Rodríguez-­‐Valera  et  al.,  1999).    

Studies   along   a   gradient   of   salinities   in   the   solar   salterns   of   Santa   Pola   (Alicante,   Spain),   showed   a   consistent  decreasing  trend  in  the  number  of    microbial  species  with  increasing  salinity,  and  indicated  a   selective   effect   of   extremely   high   salinities   (Pedrós-­‐Alió   et   al.,   2000).   Although   the   diversity   of   this   microbiota   is   very   low   (Oren,   2002b),   there   is   a   considerable   microdiversity,   since   the   coexistence   of   several  closely  related  clones  of  microorganisms  has  been  detected  in  such  environments  (Benlloch  et   al.,  2002).    

 

(28)

Introduction  

  -­‐14-­‐

 

 

According  to  the  salt  concentration  increases,  the  brines  take  on  a  red  color  due  to  the  presence  of  a   prokaryotic  community  dominated  by  dense  population  (70-­‐95%  of  cell  counts)  of  the  halophilic  square   Archaea  Haloquadratum  walsbyi,  with  a  lower  proportion  (from  5  to  30%  of  cell  counts)  of  extremely   halophilic  members  of  the  Bacteria  such  as  Salinibacter  ruber  (Antón  et  al.,  2000;  Antón  et  al.,  2008b).  In   the  Eukaryotic   domain,   the   unicellular   green   alga  Dunaniella  (rich   in   β-­‐carotene)   acts   as   the   primary   producer  (Oren,  2005b).  In  addition,  these  environments  show  one  of  the  highest  number  of  virus–like   particles   (VLP)   reported   for   aquatic   systems   (Guixa-­‐Boixareu,   1996;   Santos   et   al.,   2007).   The   total   prokaryotic  cell  counts  detected  in  crystallizer  ponds  from  different  solar  salterns  ranges  betwee  107-­‐108   cells  mL-­‐1  (Oren,  2002c).  However,  as  is  commonly  observed  in  most  ecosystems,  the  number  of  colony   forming  units  recovered  from  the  ponds  is  generally  several  orders  of  magnitude  lower  than  the  number   of  microscopically  recognizable  cells.  Therefore,  those  organisms  isolated  with  the  highest  frequencies   are  not  necessary  those  that  are  present  in  the  highest  numbers  (Oren,  2002a).  

Analyses  of  genomic  libraries  of  these  environments  have  shown  that  usually  there  is  a  co-­‐existence  of   related  clones  of  Bacteria  (S.  ruber)  and  Archaea  (H.  walsbyi),  being  fewer  the  cases  of  co-­‐existence  of   other   species   of  Halobacteriaceae,   Proteobacteria,   and   other   members   of  Bacteroidetes   (Baati   et   al.,   2008;  Benlloch,  1995;  Estrada  et  al.,  2004).  Nevertheless,  in  some  cases  the  contribution  of  these  groups   may   vary.   For   example,   in   the   Adriatic   and   Mediterranean   salterns   a   square-­‐shaped  Haloquadratum   relative   dominates   the   crystallizer   community   (Antón   et   al.,   2000;   Pasic   et   al.,   2005),   whereas   the   bacterial  community  of  the  Andean  Maras  salterns  is  dominated  by  Salicola  marasensis,  where  S.  ruber   relatives  remains  undetectable  (Maturrano  et  al.,  2006a).  

 

2.2.  Extremely  halophilic  bacteria  inhabiting  solar  salterns    

For   many   years,   it   was   assumed   that   hypersaline   environments   with   NaCl   concentrations   close   to   saturation   were   dominated   by   halophilic   members   of   the  Archaea   domain,   while  Bacteria   were   not   relevant  in  this  kind  of  environments  (Guixa-­‐Boixareu,  1996).    

Thus,  the  prokaryotic  diversity  of  the  crystallizers  of  solar  salterns  was  considered  low  and  described  as  

“almost  monospecific  cultures  of  halophilic  Archaea”  (Guixa-­‐Boixareu,  1996).  Molecular  diversity  studies   performed   in   Santa   Pola   salterns   (Alicante)   revealed   that   the   bacterial   population   in   crystallizers   was   different  to  that  found  in  the  low  salinity  ponds  (Martínez-­‐Murcia  AJ.,  1995),  suggesting  that  crystallizers   may   be   highly   specialized   niches   for   bacteria,   which   constituted   only   a   small   proportion   of   the   total   biomass  of  these  ponds  (Martínez-­‐Murcia  AJ.,  1995).    

 

(29)

Introduction  

  -­‐15-­‐

 

 

The  construction  of  16S  rRNA  genes  libraries  showed  that  Bacteria  were  largely  minoritary,  with  only  a   cluster  of  closely  related  sequences,  all  belonging  to  Alphaproteobacteria  but  distantly  related  to  any   known  species  (Benlloch,  1995).    

In  addition,  the  authors  considered  that  due  to  the  high  concentration  of  salts  (30.8%),  bacteria  found   were   probably   metabolically   inactive   (Martínez-­‐Murcia   A.J.,   1995).   Thus,   the   idea   that   this   kind   of   environment  could  only  be  inhabited  by  Archaea  became  a  tenet,  and  cristallyzers  were  considered  as   monocultures   of   members   of   that   domain   (Antón  et   al.,   1999).   However,   when   fluorescence  in   situ   hybridization   (FISH)   was   used   to   quantify   the   diversity   of   crystallizers   ponds   of   Santa   Pola   salterns   (around  37%  salinity),  putatively  active  members  of  the  domain  Bacteria  were  found  in  high  numbers   (3x106  cells   mL-­‐1)(Antón   et   al.,   1999).   These   cells,   which   accounted   for   18%   of   the   total   cells   counts,   displayed  high  ribosome  content,  as  indicated  by  the  intensity  and  uniform  FISH  signals  obtained  with   16S  rRNA-­‐targeted  oligonucleotide  probe  EUB  338  (Amann  et  al.,  1990),  a  specific  probe  for  members  of   the  Bacteria  Domain  (Antón  et  al.,  1999).    

Later,  the  characterization  of  the  bacterial  community  by  rRNA  approach  showed  a  high  abundance  and   growth   of   a   new   group   of   hitherto-­‐uncultured   bacteria   from   multipond   solar   salterns   (Antón   et   al.,   2000).  These  bacteria  constituted  5-­‐25%  of  the  total  prokaryotic  community,  and  were  represented  by   two  main  phylotypes,  named  as  EHB-­‐1  and  EHB-­‐2  (from  Extremely  Halophilic  Bacterium).  The  sequence   similarity  among  the  two  phylotypes  was  97.6%  and  their  study  showed  that  EHB-­‐1  was  five  times  more   abundant  than  EHB-­‐2,  and  a  new  bacterial  group  was  provisionally  proposed,  Candidatus  “Salinibacter   gen.  nov.”  (Antón  et  al.,  2000).    

   

3.  The  extremely  halophilic  bacterium  Salinibacter  ruber  

An   in-­‐deep   study   of   five   extremely   halophilic   bacteria   belonging   to   the   EHB-­‐1   phylotype   that   were   isolated  from  different  crystallizer  ponds  in  Alicante  (P13  and  P18  isolates)  and  Majorca  (M1,  M8  and   M31   isolates),   Spain,   suggested   that   they   were   sufficiently   similar   to   each   other,   and   sufficiently   different  from  their  closest  relative  (Rhodothermus  marinus)  to  be  considered  a  single  species  (Antón  et   al.,  2002).  The  isolate  M31T  from  Majorca  salterns,  chosen  as  type  strain  (DSM  15388T),  was  classified  as   Salinibacter  ruber  (Antón  et  al.,  2002).  The  new  species  affiliated  with  the  super  phylum  Bacteroidetes-­‐

Chlorobi,   with  Rhodotermus   marinus,  a   species   comprising   slightly   halophilic-­‐thermophilic   bacteria,   being  the  closest  cultivated  relative  (Alfredsson,  1988;  Sako  et  al.,  1996).    

 

(30)

Introduction  

  -­‐16-­‐

 

 

Thus,  S.   ruber  has   been   classified   in   the   phylum   BXX,  Bacteroidetes,   class   II  Sphingobacteria,   Order   I   Sphingobacteriales,  Family  V  Crenotrichaceae,  as  new  genera  (Genus  IV)  and  species  (Garrity,  2003).  

 

3.1.  Salinibacter  characteristics  of  the  genus  

Microorganisms  belonging  to  this  genus  are  Gram-­‐negative,  aerobic,  heterotrophic  bacteria  that  grow   optimally  at  total  salt  concentrations  of  150-­‐300  g  L-­‐1  and  require  at  least  150  g  salt  L-­‐1  for  growth  (Antón   et  al.,  2002).  Their  optimal  pH  range  for  growing  is  6.5-­‐8.0,  and  no  growth  is  observed  below  pH  6.0  or   above  pH  8.5.  Their  optimum  temperature  ranges  from  37  to  47ºC,  showing  slow  growth  below  27ºC   and  no  growth  above  52ºC  (Antón  et  al.,  2002).  The  G+C  content  ranges  from  66.3  to  67.7  mol  %  (HPLC)   (Antón  et  al.,  2002).  Other  major  phenotypic  characteristics  of  the  genus  have  been  summarized  in  table   1  and  figure  3.  In  addition,  colonies  and  liquid  cultures  of  S.  ruber  have  a  bright  red  color  due  to  acyl-­‐

glycoside  C40-­‐carotenoid  pigment  (salinixantin),  which  has  an  absorption  maximum  at  478nm  (Lutnaes,   2002)  and  shoulder  at  506-­‐510nm  (Figure  3)  (Antón  et  al.,  2002).  

 

Table  1:  Description  of  phenotypic  characteristics  of  S.  ruber  (adaptation  from  Antón  et  al,  2002).  

   

Phenotypic  characteristic   Salinibacter  ruber  

Cells   Motile,  straight  or  slighty  curved  rods  (2-­‐6  x  0.4  µm)  

Agar  colonies   Red,  about  1  mm  diameter,  circular  and  convex  with  an  entire  margin.  

Oxidase   Positive  

Catalase   Positive  

Nitrate   Negative  reduction  

Production  of  acids  from  sugars   Negative     Starch  and  gelatine  hydrolysis   Positive    

Tween    hydrolysis   Tween  80  is  negative;  tween  20  is  weakly  or  not  at  all.  

Indol  production  form  L-­‐

tryptophan   Negative  

Antibiotics  sensitivity   Penicillin  G,  ampicilin,  chloranphenicol,  streptomycin,  novobiocin,   rifampicin  and  ciprofloxacin  

Antibiotics  insensitivity   Kanamicin,  bacitracin,  tetracycline,  colistin,  anisomysin  and  aphadicolin    

       

(31)

Introduction  

  -­‐17-­‐

 

 

Due  to  the  environmental  conditions,  Salinibacter  enzymes  are  adapted  to  function  in  the  presence  of   high  salt  concentrations  (Oren  &  Mana,  2002).  The  amino  acid  composition  of  its  bulk  protein  shows  a   high  content  of  acidic  amino  acids,  a  low  abundance  of  basic  amino  acids,  a  low  content  of  hydrophobic   amino  acids,  and  a  high  abundance  of  serine  (Oren  &  Mana,  2002).    

Moreover,  S.  ruber  contains  extremely  high  concentrations  of  K+  ions  in  its  cytoplasm,  about  11.4  ±  1.1   µmol   K+  (mg   protein)-­‐1  (Oren   et   al.,   2002).   These   values   are   in   the   same   range   as   those   detected   in   halophilic   Archaea,   which   use   KCl   osmotically   to   balance   the   high   NaCl   concentration   in   their   surrounding  medium  and  to  adapt  the  entire  intracellular  enzymatic  machinery  to  the  presence  of  high   salt  concentrations  (Balashov  et  al.,  2005;  Christian  &  Waltho,  1962).  Table  2  shows  some  phenotypic   characteristics  that  S.  ruber  shares  with  halophilic  Archaea  of  Halobacteriaceae  families.  

 

                         

Figure  3:   Phenotypic  characteristics  of  Salinibacter  genus.  (a)  Epifluorescence  micrographs  from  a  brine  sample   incubated  for  24  h  with  the  radioactive  amino  acid  mixture,  where  square  and  pleomorphic-­‐shaped  cells  correspond   to  the  archaeal  population  (blue  stain)  and  rod-­‐shaped  cells  correspond  to  Salinibacter  ssp.  populations  (green  stain   with   probe   EUB338   fluosprime   labeled)  (b)   Scanning   Electronic   Microscopy   (SEM)   shows   the   straight   or   slightly   curved  rods  cells  of  Salinibacter  ruber  M31T  (c)  S  ruber  cells  grown  in  liquid  culture  (d)  Isolation  plate  which  shows   the  red  pigmentation  of  the  colonies  (a  and  b  pictures  adapted  from  Antón  et  al.,  2002  and  Rosselló-­‐Móra  et  al.,   2003).  

           

(32)

Introduction  

  -­‐18-­‐

 

 

Table  2:  Comparison  of  the  most  important  characteristics  of  Salinibacter  spp.  and  Halobacteriaceae  (adaptation   from  Oren,  2008)  

 

  Salinibacter   Halobacteriaceae  

Salt  requirement   >150  g  l-­‐1   >150  g  l-­‐1  (in  most)   Salt  optimum   150-­‐300    g  l-­‐1   200-­‐250    g  l-­‐1  (in  most)  

%G+C   66.2   59-­‐71  (46.9  en  H.  walsbyi)  

Compatible  solute   KCl   KCl  

Enzymes   Salt  dependent  and  tolerant   The  most  are  salt  dependent  

Lipids   bacterial   archaeal  

Carotenoid  pigment   C40-­‐  salinixantin   C50-­‐bacterioruberin  

Retinal  pigment   XR,  HR,  SR   BR,  HR,  SR(not  all)  

 

*XR:  xanthorhodopsin;  HR:  halorhodopsin;  SR:  sensory  rhodopsin;  BR:  bacteriorhodopsin.  

 

3.2.  Phylogeny  

Members  of  S.  ruber  have  been  isolated  from  a  large  number  of  widely  remote  salterns,  but  all  of  them   have   shown   an   enormous   degree   of   taxonomic   resemblance   (Ludwig   &   Klenk,   2001).   Phylogenetic   reconstructions  based  on  the  16S  rRNA  gene,  and  on  the  ITS  (Internal  Transcribed  Spacer)  between  the   16S   and   23S   rRNA   genes,   affiliated  S.   ruber   with   the   phylum  Bacteroidetes,   being   its   closest   related   cultured   organism  R.   marinus   (Antón   et   al.,   2002).   The   clade   comprising  R.   marinus   and  S.   ruber   appeared   as   a   deep   branch   within   the   phylum,   and   placed   close   to   the   node   of   bifurcation   of   the   superphylum  that  comprises  Bacteroidetes  and  Chlorobi  (Figure  4)(Ludwig  &  Klenk,  2001).  Subsequently,   the  phylogenetic  study  based  on  protein  alignments  of  22  genes  selected  from  the  genome  of  M31  type   strain,   showed   that   reconstructions   based   on   concatenating   large   numbers   of   protein-­‐coding   genes   seem  to  produce  topologies  with  similar  resolution  to  that  of  the  single  16S  rRNA  genes  trees  (Soria-­‐

Carrasco  et  al.,  2007).    

               

(33)

Introduction  

  -­‐19-­‐

 

                                     

Figure   4:   Phylogenetic   reconstruction   of   based   on   16S   rDNA   sequences   from   M31T   and   M8  Salinibacter   ruber   strains.  Reconstruction  shows  the  S.  ruber  strains  within  of  superphylum  Bacteroidetes-­‐Chlorobi.  Numbers  above   the  branches  represent  bootstrap  support  from  100  replicates.  The  scale  bar  represents  0.1%  estimated  sequence   divergence  

   

3.3.  Abundance  and  distribution    

Salinibacter  representatives   have   been   detected   or   isolated   in   environments   all   over   the   world   using   different   techniques   with   different   levels   of   sensitivity   (Figure   5;   Antón   et   al.,   2008).   In   Europe,   Salinibacter  representatives  have  been  found  in  crystallizer  ponds  salterns  in  mainland  Spain  (Alicante   and   Tarragona),   Balearic   (Majorca   and   Ibiza),   and   Canary   Islands   (Antón   et   al.,   2008b).   In   Asia,   close   relatives  have  been  found  in  hypersaline  Tuz  Lake  in  central  Anatolia,  Turkey  (Mutlu  et  al.,  2008)  and  in   water  samples  from  Eilat  salterns,  Israel  (Elevi-­‐Bardavid  et  al.,  2007).  In  Africa,  sequences  related  to  S.  

ruber   were   also   retrieved   from   water   and   sediments   of   three   different   soda   lakes   in   the   Wadi   An   Natrum  depression  in  Egypt,  while  in  water  samples  from  Shabka  in  Suez  were  only  detected  by  FISH   (Mesbah  et  al.,  2007).  Moreover,  most  of  the  sequences  generated  by  clone  libraries  constructed  from   three  ponds  with  different  salt  concentrations  of  Sfax  salterns  (Tunisian)  were  grouped  within  the  class   Bacteroidetes,  specifically   with  Salinibacter   (Baati   et   al.,   2008).  S.   ruber   related   sequences   have   also   been  reported  for  other  locations  in  America,  such  as  the  Great  Salt  Lake  in  Utah,  in  the  athalassohaline   Andean   Lake   Tebenquiche   in   Northern   Chile,   and   salterns   in   Baja   California,   Mexico   (Antón   et   al.,   2008b).    

 

(34)

Introduction  

  -­‐20-­‐

 

 

Besides,  in  the  Andean  Maras  salterns  (Peru),  S.  ruber  has  been  isolated  from  brine  samples  taken  in   different  years,  despite  it  was  not  detected  by  FISH  or  clone  libraries  analyses  (Maturrano  et  al.,  2006a).    

As   illustrated   by   all   these   examples,  S.   ruber   and   relatives   have   been   detected   in   a   wide   variety   of   environments,  being  therefore  Salinibacter  spp.  one  of  the  most  abundant  and  most  likely  ecologically   relevant   organisms   in   hypersaline   environments   (Pedrós-­‐Alió,   2006).   However,   preliminary   data   with   crystallizer  ponds  from  solar  salterns  indicated  that  although  the  bacterium  may  experience  changes  in   abundance   along   the   year;   these   changes   may   not   be   very   dramatic,   at   least   under   “normal”  

environmental  conditions  (Antón  et  al.,  2008).  Thus,  the  abundance  of  Salinibacter  spp.  usually  ranges   from  2  to  30%  of  the  total  cells  counts,  although  in  some  cases,  like  in  Tuz  Lake,  this  value  may  be  clearly   underestimated,   since   the   FISH   probes   used   did   not   target   the   whole   assemblage   of   Salinibacter   sequences  (Antón  et  al.,  2008).  In  Santa  Pola  salterns,  Salinibacter  spp.  is  detected  only  in  ponds  with   salinities  above  22.4%,  increasing  their  number  with  salinity  (Antón  et  al.,  2000).  However,  a  direct  proof   of   their   metabolic   activity   in   the   highest   salinity   ponds   (37%   total   salts)   has   not   yet   been   obtained   (Antón  et  al.,  2008).  

                                   

Figure  5.  Distribution  of  Salinibacter  clones  or  isolates  around  the  world,  indicating  the  detection  methods  used.  

For  the  locations  where  FISH  data  are  available,  the  abundance  of  S.  ruber  is  provided.  CR:  crystallizer  (adapted  from   Antón  et  al,  2008).  

Referanser

RELATERTE DOKUMENTER

D′–D′′′ The mature Schmidt’s larva shows 7 separate imaginal discs covered by a larval epidermis (arrowheads D′′): the anterior terminal proboscis imaginal disc

There had been an innovative report prepared by Lord Dawson in 1920 for the Minister of Health’s Consultative Council on Medical and Allied Services, in which he used his

The ideas launched by the Beveridge Commission in 1942 set the pace for major reforms in post-war Britain, and inspired Norwegian welfare programmes as well, with gradual

Lesjonen viser ikke den klassiske kontrastutvaskingen, men må likevel først og fremst oppfattes suspekt på HCC..

The dense gas atmospheric dispersion model SLAB predicts a higher initial chlorine concentration using the instantaneous or short duration pool option, compared to evaporation from

institutionalise this part of security cooperation does in fact correspond to liberal expectations. Cementing cooperation in the two institutions would give any joint

Based on the above-mentioned tensions, a recommendation for further research is to examine whether young people who have participated in the TP influence their parents and peers in

Azzam’s own involvement in the Afghan cause illustrates the role of the in- ternational Muslim Brotherhood and the Muslim World League in the early mobilization. Azzam was a West