Insights into the octocoral microbiome in health and disease : from climate change impacts to probiotic prospects

Matilde Sangreman Proença Maia Marques

Key information

Authors:

Matilde Sangreman Proença Maia Marques (Matilde Sangreman Proença Maia Marques)

Supervisors:

Rodrigo da Silva Costa (Rodrigo da Silva Costa); Tina Keller-Costa (Tina Keller Costa); Raquel Silva Peixoto

Published in

June 25, 2026

Abstract

Os octocorais são organismos bentónicos fundamentais, contudo, os microbiomas que regulam a sua saúde e resiliência permanecem pouco compreendidos. Esta dissertação aborda-os enquanto holobiontes, integrando simbiontes microbianos, doenças induzidas pelo clima e intervenções baseadas no microbioma. A dissertação iniciou-se com a caracterização de simbiontes tipicamente negligenciados: os vírus. Metagenómica comparativa revelou que os bacteriófagos dos octocorais diferem dos da água do mar e variam consoante a saúde dos tecidos. Octocorais saudáveis apresentaram comunidades virais associadas à simbiose, enquanto tecidos necróticos exibiram maior abundância de bacteriófagos e maior semelhança com os viromas ambientais, sugerindo o envolvimento destes na transição para a disbiose. De seguida, experiências em mesocosmos permitiram avaliar os efeitos combinados do aquecimento global e do fungo Aspergillus sydowii. O aumento da temperatura intensificou a patogenicidade do fungo, causando elevada mortalidade e reorganização funcional do microbioma. O stress combinado promoveu a transição de funções mutualísticas para antagónicas e desacoplou a recuperação do hospedeiro e do microbioma, originando um microbioma alternativo viável, com implicações para a resiliência do holobionte. Com base nestes resultados, comparou-se a estabilidade do microbioma entre um recife natural e um aquário do Oceanário de Lisboa. Apesar de décadas em cativeiro, os octocorais mantiveram simbiontes essenciais, demonstrando o potencial dos aquários como reservatórios de diversidade microbiana com interesse para a conservação. Por fim, esta dissertação estabelece bases para o desenvolvimento de probióticos adaptados a octocorais utilizando simbiontes bacterianos de espécimes de cativeiro. Através do cultivo e caracterização funcional, foi desenvolvido um consórcio capaz de modificar o microbioma sem comprometer a fisiologia do hospedeiro. No seu conjunto, esta tese demonstra que os microrganismos ssociados aos octocorais moldam as transições entre simbiose, disbiose e recuperação, e que o aquecimento global pode induzir doenças e estados alternativos do holobionte, fornecendo uma base conceptual para a conservação de octocorais informada pelo microbioma. Octocorals are recognized as key components of marine benthic ecosystems, yet the microbial consortia that sustain their health and resilience remain poorly characterized. This dissertation integrates research on octocoral holobionts, addressing microbial symbionts, climate-linked disease dynamics, and microbiome-based interventions. First, it characterizes a neglected holobiont component - viruses. Comparative metagenomics revealed that octocoral-associated prokaryotic viromes are phylogenetically distinct from surrounding seawater and shift during tissue necrosis. Healthy octocorals harboured viral assemblages enriched in symbiosis related functions, whereas necrotic tissues exhibited increased bacteriophage abundance and greater similarity to seawater viromes, suggesting that bacteriophages accompany transitions from symbiosis to dysbiosis and may play fundamental roles in this process. Next, mesocosm experiments assessed the combined effects of ocean warming and the fungus Aspergillus sydowii. Warming exacerbated fungal pathogenicity, driving high mortality and functional microbiome reorganization. Combined stress shifted microbiome functions from mutualistic to antagonistic and decoupled host physiological and microbiome recovery, resulting in a distinct, yet viable, alternative microbiome state with potential long-term consequences for holobiont resilience. Building on these insights, the dissertation investigates microbiome stability across natural reef and long-term aquarium environments. Despite decades of ex situ maintenance, octocorals retained core microbial taxa revealing aquaria as repositories of coral-associated microbial diversity useful in conservation practices. Finally, this dissertation establishes a framework for probiotic development tailored to octocorals using bacterial symbionts from ex situ specimens. Through extensive isolation and functional screening, a multi-strain bacterial probiotic consortium was assembled and demonstrated to induce subtle microbiome shifts in the holobiont without impairing host physiology under ambient temperature. Altogether, this thesis demonstrates that octocoral-associated microorganisms shape transitions between symbiosis, dysbiosis, and recovery, and that climate warming can drive novel disease trajectories and alternative holobiont states, providing a foundation for microbiome informed conservation of octocorals.