Resumen de la tesis que presenta Zaira Hernández Guzmán como requisito parcial para la obtención
del grado de Maestra en Ciencias en Acuicultura
Efecto del aumento de CO2 en la composición bioquímica, fotosíntesis y respuesta del transcriptoma de un cultivo de Chaetoceros sp. y su posible impacto en la calidad nutricional
Resumen aprobado por:
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Dra. M. del Pilar Sánchez Saavedra
Codirectora de tesis
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Dr. Armando Mendoza Flores
Codirector de tesis
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Resumen en español
Las emisiones de CO2 antropogénico son absorbidas en un 28% por el océano, lo que incrementa la concentración de pCO2 en el agua y reduce el pH (acidificación del océano), debido a esto, las diatomeas son afectadas en su abundancia, composición y, en consecuencia, el flujo de nutrientes en la red trófica. Debido a que los efectos del aumento de CO2 son específicos para cada especie de diatomea, las investigaciones que describen el efecto la acidificación sobre diatomeas locales de importancia económica y ecológica respecto a la calidad nutricional son necesarias. El presente trabajo evaluó la respuesta de Chaetoceros sp. en cultivos con aumento de CO2 (pH 7.8, CA), en comparación con un cultivo control sin adición de CO2 (CC). Cada tratamiento contó con tres repeticiones y se evaluaron las variables fisiológicas: crecimiento, composición proximal, perfil de ácidos grasos y fotosíntesis. Los datos se analizaron estadísticamente con la prueba ANCOVA y prueba t con un 95% de confianza. Además, se realizó el análisis del transcriptoma de cada tratamiento por secuenciación RNA-Seq de Ilumina y análisis bioinformáticos para complementar las respuestas de las variables obtenidas. En condiciones de CA, Chaetoceros sp. aumentó su tasa de crecimiento y densidad celular, acompañadas de la reducción del peso por célula (pg cel-1) y en la capacidad fotosintética. Por otro lado, la calidad nutricional de las células se conservó ya que no existió cambio en la concentración de proteínas, además de que se registró un aumento en el porcentaje de ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs). De acuerdo con el análisis transcriptómico de Chaetoceros sp. en CA los genes expresados diferencialmente indican una respuesta específica con ajustes puntuales en genes asociados a las rutas metabólicas de fotosíntesis, ciclo de Calvin, metabolismo energético y metabolismo de ácidos grasos, que generaron un mecanismo de adaptación por compensación estructural de las membranas celulares y en el fotosistema II frente al aumento de CO₂ durante cuatro días de cultivo. La habilidad de Chaetoceros sp. para reconfigurar el metabolismo sin perder valor nutricional sugiere que podría mantener su funcionalidad y persistencia en futuros escenarios de cambio climático.
Las emisiones de CO2 antropogénico son absorbidas en un 28% por el océano, lo que incrementa la concentración de pCO2 en el agua y reduce el pH (acidificación del océano), debido a esto, las diatomeas son afectadas en su abundancia, composición y, en consecuencia, el flujo de nutrientes en la red trófica. Debido a que los efectos del aumento de CO2 son específicos para cada especie de diatomea, las investigaciones que describen el efecto la acidificación sobre diatomeas locales de importancia económica y ecológica respecto a la calidad nutricional son necesarias. El presente trabajo evaluó la respuesta de Chaetoceros sp. en cultivos con aumento de CO2 (pH 7.8, CA), en comparación con un cultivo control sin adición de CO2 (CC). Cada tratamiento contó con tres repeticiones y se evaluaron las variables fisiológicas: crecimiento, composición proximal, perfil de ácidos grasos y fotosíntesis. Los datos se analizaron estadísticamente con la prueba ANCOVA y prueba t con un 95% de confianza. Además, se realizó el análisis del transcriptoma de cada tratamiento por secuenciación RNA-Seq de Ilumina y análisis bioinformáticos para complementar las respuestas de las variables obtenidas. En condiciones de CA, Chaetoceros sp. aumentó su tasa de crecimiento y densidad celular, acompañadas de la reducción del peso por célula (pg cel-1) y en la capacidad fotosintética. Por otro lado, la calidad nutricional de las células se conservó ya que no existió cambio en la concentración de proteínas, además de que se registró un aumento en el porcentaje de ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs). De acuerdo con el análisis transcriptómico de Chaetoceros sp. en CA los genes expresados diferencialmente indican una respuesta específica con ajustes puntuales en genes asociados a las rutas metabólicas de fotosíntesis, ciclo de Calvin, metabolismo energético y metabolismo de ácidos grasos, que generaron un mecanismo de adaptación por compensación estructural de las membranas celulares y en el fotosistema II frente al aumento de CO₂ durante cuatro días de cultivo. La habilidad de Chaetoceros sp. para reconfigurar el metabolismo sin perder valor nutricional sugiere que podría mantener su funcionalidad y persistencia en futuros escenarios de cambio climático.
Palabras clave: Chaetoceros, CO2, transcriptoma, composición proximal, ácidos grasos
Resumen en inglés
Anthropogenic CO₂ emissions are absorbed by the ocean at a rate of about 28%, which increases the pCO₂ concentration in seawater and lowers pH (ocean acidification). As a result, diatoms are affected in their abundance, composition, and consequently in the flow of nutrients through the food web. Since the effects of elevated CO₂ are species-specific, studies describing the impact of acidification on local diatoms of ecological and economic importance with respect to nutritional quality are needed. This study evaluated the response of Chaetoceros sp. under elevated CO₂ conditions (pH 7.8, CA), compared to a control culture without CO₂ addition (CC). Each treatment included three replicates, and physiological variables were assessed, including growth, proximate composition, fatty acid profile, and photosynthesis. Data were statistically analyzed using ANCOVA and t-tests with a 95% confidence. Additionally, transcriptome analysis was performed for each treatment via Illumina RNA-Seq and bioinformatic analysis to complement the responses observed in the physiological variables. Under CA conditions, Chaetoceros sp. showed increased growth rate and cell density, accompanied by reduced cell weight (pg cell⁻¹) and decreased photosynthetic capacity. However, the nutritional quality of the cells was maintained, as protein concentration did not change, and an increase in the proportion of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) was observed. Transcriptomic analysis of Chaetoceros sp. under CA revealed differentially expressed genes indicating a specific response, with targeted adjustments in genes associated with photosynthesis pathways, the Calvin cycle, energy metabolism, and fatty acid metabolism. These changes generated an adaptive mechanism through structural compensation of cell membranes and photosystem II in response to elevated CO₂ over four days of cultivation. The ability of Chaetoceros sp. to reconfigure its metabolism without losing nutritional value suggests that it could maintain functionality and persistence under future climate change scenarios.
Anthropogenic CO₂ emissions are absorbed by the ocean at a rate of about 28%, which increases the pCO₂ concentration in seawater and lowers pH (ocean acidification). As a result, diatoms are affected in their abundance, composition, and consequently in the flow of nutrients through the food web. Since the effects of elevated CO₂ are species-specific, studies describing the impact of acidification on local diatoms of ecological and economic importance with respect to nutritional quality are needed. This study evaluated the response of Chaetoceros sp. under elevated CO₂ conditions (pH 7.8, CA), compared to a control culture without CO₂ addition (CC). Each treatment included three replicates, and physiological variables were assessed, including growth, proximate composition, fatty acid profile, and photosynthesis. Data were statistically analyzed using ANCOVA and t-tests with a 95% confidence. Additionally, transcriptome analysis was performed for each treatment via Illumina RNA-Seq and bioinformatic analysis to complement the responses observed in the physiological variables. Under CA conditions, Chaetoceros sp. showed increased growth rate and cell density, accompanied by reduced cell weight (pg cell⁻¹) and decreased photosynthetic capacity. However, the nutritional quality of the cells was maintained, as protein concentration did not change, and an increase in the proportion of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) was observed. Transcriptomic analysis of Chaetoceros sp. under CA revealed differentially expressed genes indicating a specific response, with targeted adjustments in genes associated with photosynthesis pathways, the Calvin cycle, energy metabolism, and fatty acid metabolism. These changes generated an adaptive mechanism through structural compensation of cell membranes and photosystem II in response to elevated CO₂ over four days of cultivation. The ability of Chaetoceros sp. to reconfigure its metabolism without losing nutritional value suggests that it could maintain functionality and persistence under future climate change scenarios.
Palabras clave: Chaetoceros, CO2, transcriptome, proximal composition, fatty acids