The European Water Framework Directive (WFD) has encouraged considerable research on the development of water quality bioindicators. Seagrasses, that are highly sensitive to direct and indirect anthropogenic stress, and specified as quality elements from the WFD, have been at the center of this effort. In this study the use of Cymodocea nodosa, a widely distributed angiosperm in the Mediterranean Sea, as a bioindicator of anthropogenic stress was tested. Key biotic features of two meadows growing in locations of contrasting ecological status in the N. Aegean Sea, Greece, were sampled and analysed following a hierarchical designed approach. Plants from the degraded meadow (Nea Karvali) were found to have significantly (p<0.05) longer leaves, higher N and P (%) content and lower C/N ratio in their leaves than the less degraded-pristine (Brasidas and/or Thasos) meadows. The application of chlorophyll fluorescence as an easily measurable indicator of the anthropogenic stress has been tested before with limited success. This study, based on a large amount of measurements (ca.500 per meadow) carried out after a short acclimation period in the laboratory under constant temperature and irradiance conditions, showed significantly higher (p<0.05) ΔF/Fm’ and Fm values at plants from the degraded than from the pristine meadows. Three sets of laboratory 8-days experiments were carried out under optimal growth temperature (21±1.5oC) in order to investigate cause-effects relationships between the main local stressors (nutrients-N, P, irradiance and heavy metal-Cu) to shoots collected from differently impacted meadows. High nutrient concentrations (30μΜ Ν-ΝΟ3; 2μM P-PO4) had a significant effect (p<0.05) on ΔF/Fm’ only on shoots from the pristine site. Low irradiance (37 μmol photons m-2 s-1) resulted in a significant increase (p<0.05) of ΔF/Fm’, while high copper concentrations (>4.7 μM) had the opposite effect. Through these experiments light availability and nutrients were identified as the main factor that affects the meadows health.

La laguna costera del Mar Menor se sitúa en el sureste de España, concretamente en la región de Murcia. Se trata de una laguna somera, separada del Mar Mediterráneo por una estrecha franja de tierra denominada la Manga del Mar Menor. Debido a la singularidad del ecosistema y a los servicios ecosistémicos que genera, esta laguna se encuentra bajo diferentes figuras de protección medioambiental. Sin embargo, estas figuras no han impedido que la laguna se encuentre altamente afectada por presiones de origen antrópico como son los cambios hidrológicos, la eutrofización, la contaminación por residuos mineros así como por otro tipo de compuestos químicos. El Mar Menor y los efectos de estas presiones han sido estudiadas desde el punto de vista de las condiciones fisicoquímicas, la flora, la fauna o las redes tróficas. Sin embargo, solo existen dos trabajos sobre la microbiología del Mar Menor y la información que aportan es escasa y limitada a la columna de agua. No obstante, los sedimentos marinos presentan una elevada densidad microbiana así como una alta heterogeneidad metabólica por lo que tienen una gran influencia en los ciclos biogeoquímicos de estos ambientes. En la presente tesis se analizaron, por primera vez, las comunidades microbianas de los sedimentos del Mar Menor. En el Capítulo 1 se realizó una descripción de las comunidades microbianas de un total de 82 muestras de sedimentos, recogidas en dos puntos temporales, marzo y septiembre del año 2018, y por triplicado, de 14 estaciones de muestreo distribuidas por toda la laguna. Las comunidades microbianas se analizaron mediante la secuenciación de amplicones del gen del ARN ribosómico (ARNr) 16S y recuentos de DAPI en el contexto de varios factores y variables fisicoquímicas. Los resultados mostraron que existe una gran diversidad y heterogeneidad espacial. A nivel taxonómico, las clases principales fueron las Delta- y Gammaproteobacteria seguidos de Bacteroidia. Sin embargo, también se detectaron varios grupos taxonómicos poco conocidos hasta la fecha como son el filo Asgardarchaeota o las clases Woesearchaeia, WCHB1-81 o PAUC43f. Se identificaron a la textura (fango vs arena), la vegetación (Caulerpa vs Cymodocea), la profundidad (somera vs intermedia/profunda) y la zona (norte vs sur) como factores relevantes a la hora de estructurar las comunidades microbianas. Por otro lado, se observó que las estaciones de muestreo contaminadas con elementos potencialmente tóxicos o PTE (Pb, Zn, Cd y As) presentaban cambios temporales significativos mientras que las no contaminadas permanecían estables. Este comportamiento se investigó más en detalle y se concluyó que, probablemente, era debido a la presencia de una comunidad microbiana especializada para sobrevivir en ambientes con altas concentraciones de PTE pero con menor capacidad de adaptación antes cambios en otras variables ambientales en los sedimentos contaminados. Con respecto al Capítulo 2, con el objetivo de identificar las diferencias funcionales entre sedimentos colonizados por Caulerpa y Cymodocea, se realizó una comparación metagenómica y metatranscriptómica de estos sedimentos. Los resultados indicaron que los sedimentos colonizados por Caulerpa presentaban una comunidad microbiana más homogénea pero menos diversa funcionalmente que los sedimentos de Cymodocea. Además, las comunidades de los sedimentos de Caulerpa mostraron estar más especializadas en la degradación de materia orgánica con respecto a las de Cymodocea. El análisis de los genomas ensamblados a partir de los metagenomas (MAGs) reveló la presencia de microorganismos con una potencial capacidad pectinolítica. Finalmente, en este capítulo se identificó, gracias a los análisis metatranscriptómicos, una proteína que podría constituir una nueva CAZyme periplásmica no descrita hasta la fecha. En cuanto al Capítulo 3, se realizó un estudio ecológico, taxonómico y del potencial metabólico de PAUC43f, un grupo del filo Gemmatimonadota, detectado hasta el momento únicamente mediante secuencias del gen del ARNr 16S. PAUC43f se detectó en multitud de ecosistemas, principalmente en sedimentos marinos, esponjas y suelos salinos. Se identificaron 16 géneros dentro de este grupo, algunos de ellos claramente asociados a ambientes específicos. Además, se recuperaron los primeros 39 MAGs de PAUC43f que presentaron un potencial metabolismo quimioorganoheterótrofo y una respiración aerobia facultativa. Finalmente, se realizó una hibridación fluorescente in situ con sondas específicas para PAUC43f y se observó su morfología y estado metabólicamente activo en los sedimentos del Mar Menor. Esta tesis sirve como punto de partida para entender el papel de la microbiota de los sedimentos del Mar Menor en el funcionamiento del ecosistema. / Tesis financiada por el proyecto de la Comisión Europea METAFLUIDICS GA 685474 y las ayudas para contratos predoctorales y estancias en el extranjero ACIF/2018 y BEFPI/2021 de la Generalitat Valenciana.

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