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Addressing ecological and evolutionary processes explaining biodiversity patterns is essential to identify the mechanisms driving community assembly. In the case of bacteria, the formation of new ecologically distinct populations or ecotypes is proposed as one of the main drivers of diversification. New ecotypes arise when mutation in key functional genes or acquisition of new metabolic pathways by horizontal gene transfer allow the population to exploit new resources, making possible their coexistence with parental population. Recently, we have reported the presence of toxic, microcystin-producing organisms from the Microcystis aeruginosa complex (MAC) through a wide environmental gradient (800 km) in South America, ranging from freshwater to estuarine-marine waters. In order to explain this finding, we hypothesize that the success of toxic organisms of MAC in such array of environmental conditions is due to the existence of ecotypes having different environmental preferences. So, we analysed the genetic diversity of microcystin-producing populations of Microcystis aeruginosa complex (MAC) by qPCR and high resolution melting analysis (HRMA) of a functional gene (mcyJ, involved in microcystin synthesis) and explored its relationship with the environmental conditions through the gradient by functional classification and regression trees (fCART). Six groups of mcyJ genotypes were distinguished and selected by different combinations of water temperature, conductivity and turbidity, determining the environmental preferences of each group. Since these groups were based on the basis of similar sequence and ecological characteristics they were defined as ecotypes of toxic MAC. Taking into account that the role of microcystins in MAC biology and ecology has not yet been elucidated, we propose that the toxin might have a role in MAC fitness that would be mainly controlled by the physical environment in a way such that the ecotypes that thrive in the riverine zone of the gradient would be more stable and less influenced by salinity fluctuations than those living at the marine limit of the estuary. These would periodically disappear or being eliminated by salinity increases, depending on the estuary dynamics. Thus, ecotypes generation would be an important mechanism allowing toxic MAC adapting to and succeed in a wide array of environmental conditions.

Las floraciones de cianobacterias tóxicas son un problema mundial. La eutrofización antrópica y la generación de embalses han promovido su desarrollo en la Cuenca del Plata, favoreciendo principalmente al complejo Microcystis aeruginosa (CMA). En este trabajo describimos las floraciones excepcionales de CMA ocurridas en el verano 2019 en la costa del Río de la Plata y Atlántica de Uruguay y discutimos sus mecanismos moduladores en base a datos biológicos, meteorológicos y oceanográficos de muestreos, imágenes satelitales y re-análisis. Las floraciones fueron extensas (Carmelo a Rocha; 500 km) y persistentes (ca.: 4 meses). En todos los casos fueron organismos del CMA con estructura genética similar y su presencia estuvo asociada a niveles cuantificables y elevados de microcistina. En base a las características oceanográficas y la similitud genética entre los organismos, se hipotetiza que las floraciones tienen un origen común, probablemente asociado a tributarios con alta carga de nutrientes y alto tiempo de residencia del agua en la Cuenca baja del Plata. Las precipitaciones extremas generaron caudales récord que transportaron las cianobacterias hasta el Río de la Plata, donde las condiciones de viento y temperatura particulares facilitaron su transporte y arribo a la costa de Rocha, llegando a ambientes de relevancia para la conservación (e.g. Laguna de Rocha).

En este trabajo se evaluó la dinámica y toxicidad de Microcystis spp. en el embalse de Salto Grande en invierno y verano de 2013, así como la diversidad genética de sus poblaciones tóxicas mediante análisis de melting de alta resolución de amplicones del gen mcyJ. La abundancia de células de Microcystis spp. varió entre los distintos sitios y entre estaciones, detectándose una abundancia signifcativamente mayor de células y genotipos tóxicos así como de microcistina-LR en verano. Además, se detectaron dos grupos de genotipos mcyJ (clusters 1 y 2) con diferentes preferencias ambientales. El 1 estuvo integrado por muestras de Microcystis spp. obtenidas en condiciones de bajas temperaturas (? 17,6 °C) y mayor conductividad (~52-58 µS cm-1), presentando bajo número de células y ausencia de microcistina-LR. Las muestras incluidas en el cluster 2 se caracterizaron por ser de verano (temperatura entre 17,6 y 25,9 ºC), presentar menor conductividad (~50-52 µS cm-1), alta abundancia de células y presencia de microcistina-LR. Nuestros resultados sugieren que las poblaciones tóxicas de Microcystis que ?orecen en verano serían diferentes a las que se mantienen durante el invierno y que la temperatura y conductividad del agua serían variables relevantes que controlarían su abundancia y toxicidad.

Las floraciones de cianobacterias potencialmente tóxicas es uno de los problemas más difundidos en los sistemas acuáticos a nivel global. Sin embargo, no existen programas de monitoreo sensibles y directamente aplicables a la predicción de las floraciones y su gestión. Con este objetivo se combinaron conceptos ecológicos y genéticos para generar herramientas para el monitoreo de cianobacterias. Se utilizaron dos aproximaciones: agrupación de organismos en grupos funcionales basados en morfología y análisis moleculares (PCR cuantitativo en tiempo real) que indican presencia de genes que codifican para la expresión de cianotoxinas (mcy). Para evaluar las herramientas se realizaron seis campañas de muestreo bimensuales (2013-2014) en seis estaciones con dos sitios en cada una, a lo largo del Río Uruguay y del Estuario Río de la Plata, desde Salto Grande hasta Punta del Este. Se observó un gradiente marcado en las variables meteorológicas, físico-químicas, y mayores abundancias de organismos planctónicos en Salto Grande y Punta del Este. Se encontró la presencia en todo el gradiente de poblaciones tóxicas, con mayor abundancia en Salto, particularmente del complejo Microcystis aeruginosa (CMA). Las variables ambientales más importantes en determinar el gradiente ambiental y las variaciones en las variables biológicas fueron la salinidad, la temperatura, el viento y la turbidez. Los resultados de los nuevos indicadores (presencia en red del CMA y genes mcy) coincidieron con los tradicionales (ej. clorofila-a) en los casos de floraciones más severas, y ambos fueron sustantivamente más sensibles en situaciones de bajas abundancias. La conjunción de los resultados se aplicó a la construcción de un protocolo de monitoreo y un sistema de alerta.

Las floraciones de cianobacterias en cuerpos de agua dulce constituyen un problema mundial, asociado a la eutrofización (enriquecimiento de nutrientes) y cambios hidrológicos de los ecosistemas. En este estudio se generó una base de datos históricos (n= 3061 para 64 ecosistemas, de 1980 a 2014), elaborada por un grupo de trabajo interinstitucional (OSE, DINAMA, IM, Universidad de la República e IIBCE), y se analizó la distribución de cianobacterias planctónicas y de cianotoxinas (microcistina, saxitoxina y cilindrospermopsina) en Uruguay. Los valores de clorofila ay nutrientes totales indicaron procesos de eutrofización en diversos ecosistemas. En dos mapas georreferenciados se visualiza la distribución de cianobacterias en el país, según indicadores cuantitativos globales, y de la microcistina (cianotoxina más frecuente). En dichos mapas se destacan los embalses (Río Uruguay y Río Negro) y las playas del Río de la Plata como las zonas de mayor riesgo de exposición a cianobacterias según las categorías de la Organización Mundial de la Salud para aguas recreacionales. Además, se analizaron muestras de floraciones (espuma) y se cuantificó 20 mg L-1de microcistinas totales y la presencia de genes que sugieren diferentes variedades de microcistinas. Se generó información básica que podrá ser útil para programas de monitoreo nacionales e investigación.