[ca] Durant les últimes dècades s'han aplicat noves tècniques d'estudi dels microorganismes marins per investigar aquells que no creixen en cultiu. La combinació de metodologies independents de cultiu, seqüenciació massiva i mostrejos oceanogràfics a gran escala ens han permès explorar una diversitat taxonòmica i funcional de microorganismes marins fins ara desconeguda. Els microorganismes marins juguen un paper fonamental en els cicles dels nutrients i la regulació del clima. Per això, és vital que definim la seva taxonomia, distribució, hàbitats i propietats funcionals a l'oceà. Relacionar taxonomia i funció sempre ha estat un repte en aquesta disciplina, però en els últims anys s'han desenvolupat dues alternatives que persegueixen aquest objectiu. La genòmica de cèl·lules individuals permet seqüenciar genomes ambientals i la reconstrucció de genomes a partir de metagenomes aprofita el contingut total d'ADN de la comunitat. En aquesta tesi, he generat genomes mitjançant aquestes dues estratègies en mostres d'aigua de zones relativament menys explorades com l'Índic Nord i l'Oceà Àrtic. L'Índic Nord és subjecte d'afloraments estacionals d'aigua profunda rica en nutrients, que a superfície afavoreixen el creixement de fitoplàncton. La producció primària a la superfície és tal que el metabolisme heterotròfic que es nodreix dels productes derivats del fitoplàncton consumeix la majoria d'oxigen, generant zones mínimes d'oxigen (OMZ) que es mantenen gràcies a processos físics que eviten que es mesclin amb altres masses d'aigües. Aquestes OMZ s'ha predit que augmentaran per l'escalfament global i han atret l'atenció d'ecòlegs microbians perquè són riques en microorganismes relacionats amb el cicle del nitrogen i diversos metabolismes micro-aerobis i anaerobis. Tot i que l'Índic Nord presenti una de les OMZ més extenses, la diversitat microbiana d'aquest ambient s'ha estudiat poc. Mitjançant genòmica de cèl·lules individuals vaig obtenir 98 genomes ambientals del gènere Kordia, dels que se'n van seqüenciar deu, després d'analitzar-ne microdiversitat. El seu co-assemblatge es va revisar manualment per generar un genoma de referència gairebé complet. Vaig descriure la nova espècie amb múltiples filogènies i anàlisis de genòmica comparada amb altres espècies del mateix gènere. També vaig definir el seu potencial metabòlic i nínxol de preferència combinant la seva anotació funcional amb la distribució a varis metagenomes de la columna d'aigua d'origen, incloent-hi diferents fondàries i mides de plàncton. L'Oceà Àrtic té un gran impacte a la regulació climàtica del nostre planeta i està severament afectat per l'escalfament global. La diversitat procariòtica de les seves aigües s'ha estudiat en mostrejos esporàdics, majoritàriament centrats en estacions de l'any concretes o certes regions geogràfiques. En aquesta tesi he construït 3550 genomes a partir de metagenomes de diferents regions àrtiques i durant diverses estacions de l'any, en una circumnavegació de les aigües l'Oceà Àrtic. Representen gairebé la meitat del contingut genètic de les comunitats i d'aquests, 530 es poden classificar com a genomes de qualitat mitjana i alta. Inclouen una elevada novetat taxonòmica, sobretot a nivell d'espècie però fins i tot a nivell de Classe, pel que fa als Bacteris. He estudiat les seves implicacions al cicle del carboni a l'Àrtic, així com la seva distribució i preferències d'hàbitat, definint generalistes i especialistes que poden servir com a espès sentinella en futurs estudis de canvi climàtic a l'Àrtic. En resum, aquesta tesi aporta una nova visió en la diversitat funcional i taxonòmica de procariotes no cultivats i proposa noves metodologies per millorar l'assemblatge de genomes i controls de qualitat en els mapejos meta-òmics.

[es] En las últimas décadas se han aplicado nuevas metodologías al estudio de los microorganismos marinos para recuperar taxones que no crecen en cultivo. La combinación de técnicas independientes de cultivo, secuenciación masiva y muestreos oceanográficos a gran escala han permitido explorar la diversidad taxonómica y funcional microbiana a un nivel de resolución previamente desconocido. Los microorganismos marinos juegan un papel fundamental en los ciclos biogeoquímicos y regulación del clima a escala planetaria. Por eso es importante que definamos su taxonomía, distribución, hábitats y propiedades funcionales en el océano. Relacionar la taxonomía con la función a nivel genómico ha sido un reto en la ecología microbiana, pero en los últimos años se han desarrollado dos alternativas con este objetivo. La genómica de células individuales permite secuenciar genomas ambientales y la reconstrucción de genomas a través de metagenomas usa el contenido de ADN de la comunidad como material de partida. En esta tesis, he estudiado genomas usando estas dos estrategias en muestras de agua de zonas relativamente poco exploradas como el Océano Índico Norte y el Océano Ártico. El Océano Índico Norte está sujeto a afloramientos estacionales de agua profunda rica en nutrientes que favorecen el crecimiento masivo de fitoplancton en superfície. La producción primaria es tal que el metabolismo heterotrófico que se nutre de productos derivados de fitoplancton consume la mayoría la oxigeno disponible, generando zonas mínimas de oxigeno (OMZ). Éstas se mantienen por procesos físicos que impiden su mezcla con otras masas de agua. Se prevé que estas zonas aumentarán debido al calentamiento global. Además han captado el interés de los ecólogos microbianos porque son aguas ricas en microorganismos involucrados en el ciclo del nitrógeno, y en metabolismos micro-aerobios y anaeróbicos. A pesar de que en el Índico Norte exista una de las OMZ más extensas del planeta, su diversidad microbiana ha sido poco estudiada. Mediante genómica de células individuales obtuve 98 genomas ambientales del género Kordia de los cuales, tras su análisis de microdiversidad, se seleccionaron diez para su secuenciación y co-ensamblado. El genoma co-ensamblado fue revisado manualmente para generar un genoma de referencia casi completo. Describí la novedad taxonómica de la especie con filogenias y análisis de genómica comparada con otras especies del mismo género. También definí su potencial metabólico y nicho de preferencia combinando la anotación funcional con su distribución en distintos metagenomas de la columna de agua de origen, de distintas profundidades y tamaños de plancton. El Océano Árctico tiene un gran impacto en la regulación climática de nuestro planeta, siendo actualmente severamente afectado por el calentamiento global. La diversidad procariótica de sus aguas se ha estudiado en muestreos esporádicos, mayormente centrados en estaciones del año específicas o en ciertas regiones geográficas. En esta tesis he construido 3550 genomas a partir de metagenomes Árticos, de diferentes regiones y durante distintas estaciones del año, los cuales representan casi la mitad del contenido genético de la comunidad. De estos, 530 se pueden clasificar como genomas de calidad media y alta, e incluyen una mayoría de taxones no descritos hasta ahora, cuya novedad taxonómica es incluso a nivel de Clase en el caso de las Bacterias. He estudiado sus implicaciones en el ciclo del carbono en el Ártico, sus patrones de distribución y sus preferencias de hábitat, definiendo generalistas y especialistas que pueden servir como especies centinela en futuros estudios de cambio climático en el Ártico. En resumen, esta tesis aporta una nueva visión en la diversidad funcional y taxonómica de procariotas marinos no cultivados, y propone nuevas metodologías para mejorar el ensamblaje de genomas y controles de calidad en los mapeos meta-ómicos.