Diversity and biotechnological potential of marine fungi from Ria de Aveiro

Abstract

Although knowledge about the ecological group of lignicolous marine fungi is still scarce, especially in Portugal, it is known that they play an essential ecological role in marine and estuarine ecosystems, namely in the degradation of organic matter present in wood and consequent contributing to the functioning of the aquatic “microbial ring” that drives the biogeochemical cycles and the maintenance of trophic relationships. In addition to their environmental contribution, they are also a source of compounds with biotechnological potential, with applications in various industrial and pharmaceutical areas. In this study, in order to investigate the occurrence of lignicolous marine fungi in the estuary of Ria de Aveiro, blocks of wood (Pinus pinaster) were submerged in a marina, for one year. Seventeen different fungal species were successfully identified, with a high prevalence of species belonging to the family Lulwortiaceae. Through phylogenetic analyses based on the ribosomal ITS (internal transcribed spacer), LSU (large ribosomal subunit) and SSU (small ribosomal subunit) regions combined with morphological and physiological studies, two genera (Lulworthiopsis and Marinomyces) were introduced to accommodate Lulworthia cf. purpurea and Papulaspora halima, respectively. In the same way, Lulworthiopsis maritima sp. nov., Halosphaeria submersa sp. nov. and Zalerion pseudomaritima sp. nov. were proposed as novel species. To assess their biotechnological potential, isolates of interest were selected and enzymatic and antibacterial tests were carried out. As expected from lignicolous species, most isolates tested positive for cellulolytic and pectinolytic activities. Halosphaeria submersa, M. halima and Z. maritima revealed an interesting potential in several extracellular enzymatic activities. Differences were also detected in enzyme production in the presence and absence of salt, thus proposing that these activities can be stimulated or inhibited depending on the salinity. Regarding the results of antibacterial activity, the selected isolates showed more effective against Gram-positive bacteria. Lulworthiopsis purpurea and M. halima showed antibacterial activity against the multiresistant Gram-negative bacteria of Pseudomonas aeruginosa and Klebsiella pneumoniae, respectively, representing an anti-bacterial potential effective in combating these pathogenic strains. Future taxonomic and biotechnological studies focused on lignicolous marine fungi may bring benefits to several areas of research.

Apesar de o conhecimento relativo ao grupo ecológico dos fungos marinhos lenhícolas ser ainda escasso, especialmente em Portugal, é sabido que possuem um papel ecológico essencial nos ecossistemas marinhos e estuarinos, nomeadamente na degradação da matéria orgânica presente na madeira e consequente contribuição para o funcionamento do “anel microbiano” aquático que impulsiona os ciclos biogeoquímicos e a manutenção das relações tróficas. Para além do seu contributo ambiental são também uma fonte de compostos com potencial biotecnológico, com aplicações em várias áreas industriais e farmacêuticas. Neste trabalho, de modo a investigar a ocorrência de fungos marinhos lenhícolas no estuário da Ria de Aveiro, blocos de madeira (Pinus pinaster) foram submersos numa marina, durante um ano. Dezassete espécies de fungos diferentes foram identificadas com sucesso, observando-se uma predominância de espécies pertencentes à família Lulwortiaceae. Através de análises filogenéticas baseadas nas regiões do DNA ribossomal ITS (internal transcribed spacer), LSU (large subunit ribossomal) e SSU (small subunit ribosomal) conjugadas com estudos morfológicos e fisiológicos foram introduzidos dois géneros (Lulworthiopsis e Marinomyces) para acomodar Lulworthia cf. purpurea e Papulaspora halima, respetivamente. De igual modo, Lulworthiopsis maritima sp. nov., Halosphaeria submersa sp. nov. e Zalerion pseudomaritima sp. nov. são propostas como espécies novas. Para avaliar as suas potencialidades biotecnológicas, isolados de interesse foram selecionados e realizaram-se testes enzimáticos e antibacterianos. Como era esperado de espécies lenhícolas, a maioria dos isolados testaram positivo para as atividades celulolíticas e pectinolíticas. Halosphaeria submersa, M. halima e Z. maritima revelaram um interessante potencial em várias atividades enzimáticas extracelulares. Foram ainda detetadas diferenças na produção enzimática na presença e ausência de sal, sugerindo assim que estas atividades possam ser estimuladas ou inibidas consoante a salinidade. Em relação aos resultados da atividade antibacteriana, os isolados selecionados apresentaram uma maior eficácia contra bactérias Gram-positivo. Lulworthiopsis purpurea e M. halima mostraram atividade antibacteriana contra as bactérias Gram-negativo multirresistentes Pseudomonas aeruginosa e Klebsiella pneumoniae, respetivamente, representando um potencial antibacteriano eficaz no combate a estas espécies patogénicas. Futuros estudos taxonómicos e biotecnológicos focados em fungos marinhos lenhícolas podem vir a trazer benefícios para diversas áreas de investigação.