[en] Diatoms have been widely studied partly because of their great ecological importance and the fact that they are excellent bioindicators. However, the identification of diatoms at the species level is a time-consuming and taxonomically demanding task. Recently, DNA metabarcoding has been considered as an alternative to morphological identifications based on light microscopy (LM), although there are several factors that may decrease the effectiveness of metabarcoding. The main objective of this thesis is to evaluate the applicability of DNA metabarcoding for monitoring aquatic systems under the Water Framework Directive, as well as to address ecological and biogeographical questions. Our results indicate that metabarcoding, based on the chloroplastic marker rbcL, constitutes an effective alternative to LM for monitoring Mediterranean rivers, such as those of Catalonia, mainly because the most common benthic diatom species in these rivers are represented in the reference library. By contrast, marine species are less represented, which means that metabarcoding is not currently an alternative to LM in coastal systems, but it is a complementary tool capable of detecting species that are difficult to identify by LM, such as small, delicate species or species lacking frustules. We have also seen that the choice between the two rbcL markers currently used in metabarcoding has few implications for monitoring programmes, but does have implications for biodiversity studies. This thesis also shows how genetic variants within several diatom species complexes differ in their ecological preferences and spatial distribution. In addition, the analysis of a global database (rbcL) of freshwater diatoms has allowed us to observe that pennate diatoms show higher intraspecific diversity than centric diatoms and to identify four common phylogeographic patterns among the species analysed.

[es] Las diatomeas han sido ampliamente estudiadas debido en parte a su gran importancia ecológica y al hecho de ser excelentes bioindicadores. No obstante, la identificación de las diatomeas a nivel de especie es una tarea que requiere de tiempo y conocimientos taxonómicos. Recientemente, el método ADN metabarcoding ha sido contemplado como una alternativa a las identificaciones morfológicas basadas en microscopía óptica (MO), si bien es cierto que existen varios factores que pueden disminuir la eficacia del metabarcoding. El objetivo principal de esta tesis es evaluar la aplicabilidad de la técnica metabarcoding para el seguimiento de sistemas acuáticos bajo la Directiva Marco del Agua, así como para abordar cuestiones ecológicas y biogeográficas. Nuestros resultados indican que el metabarcoding, basado en el marcador cloroplástico rbcL, constituye una alternativa eficaz al MO para el seguimiento de ríos mediterráneos, como los de Cataluña, debido principalmente a que las especies de diatomeas bentónicas más comunes de estos ríos están representadas en la biblioteca de referencia. Por contra, las especies marinas están en menor medida representadas lo cual conlleva que el metabarcoding no sea actualmente una alternativa a la MO en sistemas costeros, pero sí una herramienta complementaria capaz de detectar especies difícilmente identificables por MO como especies pequeñas, delicadas o desprovistas de frústulos. También hemos visto que la elección entre los dos marcadores rbcL usados actualmente en metabarcoding tiene pocas implicaciones para los programas de seguimiento, pero sí para estudios de biodiversidad. Esta tesis también muestra como las variantes genéticas de varios complejos de especies de diatomeas difieren en sus preferencias ecológicas y distribución espacial. Además, el análisis de una base de datos global (rbcL) de diatomeas de agua dulce nos ha permitido observar que las diatomeas pennadas presentan mayor diversidad intraespecífica que las céntricas e identificar cuatro patrones filogeográficos comunes entre las especies analizadas.