Establecimiento de cultivos de enriquecimiento microbianos eucariotas a partir de un estratificado químicamente lago de la Antártida y evaluación del potencial de carbono de fijación
Summary
Eucariotas microbianos son tanto una fuente de carbono derivado de la fotosíntesis y las principales especies depredadoras en forma permanente lagos cubiertos de hielo del Antártico. Este informe describe un enfoque de enriquecimiento de la cultura para aislar microbios eucariotas metabólicamente versátiles desde el lago de la Antártida, el lago Bonney, y evalúa el potencial de fijación de carbono inorgánico utilizando un ensayo de radioisótopos para la ribulosa-1 ,5-bisphophate carboxilasa oxigenasa (Rubisco) la actividad.
Abstract
Lago Bonney es uno de los numerosos permanentemente cubiertas de hielo lagos situados en los valles secos de McMurdo en la Antártida. La capa de hielo perenne, mantiene una columna de agua estratificada y químicamente a diferencia de otros cuerpos interiores de agua, impide en gran medida la entrada externa de carbono y los nutrientes de los ríos. Biota están expuestos a múltiples presiones ambientales, incluyendo el año severa deficiencia de nutrientes, las bajas temperaturas, sombra extrema, hipersalinidad, y la oscuridad de 24 horas durante el invierno 1. Estas condiciones ambientales extremas limitar la biota del lago Bonney casi exclusivamente a los microorganismos 2.
Unicelulares eucariotas microbianos (llamados protistas ") son actores importantes en el ciclo biogeoquímico global de 3 y desempeñan importantes funciones ecológicas en el ciclo del carbono en los lagos secos de los valles, ocupando ambos roles primario y terciario en la cadena alimentaria acuática. En los valles secos de alimentos acuáticos web, los protistas que fijannorganic de carbono (autotrofia) son los principales productores de carbono orgánico para los organismos organotrófico 4, 2. Phagotrophic o protistas heterótrofos capaces de ingerir bacterias y protistas más pequeños actúan como los principales depredadores en la cadena alimenticia 5. Por último, una proporción desconocida de la población protista es capaz de metabolismo combinado mixotrófica 6, 7. Mixotrofía de protistas implica la capacidad de combinar la capacidad fotosintética con la ingestión de los microorganismos phagotrophic presa. Esta forma de mixotrofía difiere de metabolismo mixotrófico en especies bacterianas, que generalmente implica moléculas de absorción de carbono disuelto. En este momento hay muy pocos aislamientos protistas de forma permanente cubierta de hielo polares, lagos, y los estudios de la diversidad de los protistas y la ecología en este entorno extremo ha sido limitada de 8, 4, 9, 10, 5. Una mejor comprensión de la versatilidad metabólica protista en la web simple alimento seco valle del lago ayudará en el desarrollo de modelos para la role de los protistas en el ciclo global del carbono.
Se empleó un enfoque de enriquecimiento de la cultura para aislar a los protistas potencialmente fototróficas y mixotrófica del lago Bonney. Profundidades de muestreo en la columna de agua fueron elegidos en base a la ubicación de la producción primaria máximos y protista diversidad filogenética 4, 11, así como la variabilidad en los principales factores abióticos que afectan los modos de protistas tróficos: poca profundidad de muestreo están limitados por los nutrientes importantes, mientras que a mayores profundidades de muestreo están limitados por la disponibilidad de luz. Además, las muestras de agua del lago se complementaron con múltiples tipos de medios de crecimiento para promover el crecimiento de una variedad de organismos fototróficas.
RubisCO cataliza el paso limitante en la Bassham Calvin Benson (CBB) del ciclo, la principal vía por la cual organismos autótrofos fijar el carbono inorgánico y carbono orgánico para proporcionar los niveles tróficos más altos en las cadenas alimentarias acuáticas y terrestres 12. En este estudio, we aplica un ensayo de radioisótopos modificado para 13 muestras filtradas para controlar la actividad carboxilasa máxima como una aproximación a la potencial fijación de carbono y la versatilidad metabólica en los cultivos de enriquecimiento del lago Bonney.
Protocol
Discussion
Estudios moleculares recientes han reportado una gran diversidad de eucariotas unicelulares a través de una amplia gama de entornos de 3, 19, 20, sin embargo, debido a la falta de aislados en toda la gama de hábitats protist el papel funcional de estas especies individuales en las redes alimentarias son en gran parte desconocido. En este estudio, se han descrito métodos para enriquecer a las especies eucariotas microbianas presentan versatilidad metabólica de un ambiente relativamente undersampled, una pe…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen a J. Priscu, Chiuchiolo A. y el equipo de McMurdo LTER la limnología de asistencia en la recolección y preservación de las muestras en la Antártida. Damos las gracias a Ratheon Servicios polares y helicópteros PHI para el apoyo logístico. Micrografías de luz se han generado en el Centro de Miami de Microscopía Avanzada y el Centro de Imagen. Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Programas de subvenciones NSF Polar 0631659 y 1056396.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| BBM | Sigma | B5282 | |
| BG11 | Sigma | C3061 | |
| F/2 | Sigma | G9903 | |
| GF/F filter, 25 mm | Fisher Scientific | 09-874-64 | |
| GF/F filter, 47 mm | Fisher Scientific | 09-874-71 | |
| Polyethersulfone filter, 0.45 μm pore, 47 mm | Pall Life Sciences | 61854 | |
| Sterile cell culture flask, 25 cm2 | Corning | 430639 | |
| Diurnal growth chamber | VWR | 35960-076 | |
| Zirconia/silica beads, 0.1 mm diamter | BioSpec Products | 11079101z | |
| Mini-Bead beater | BioSpec Products | 3110BX | |
| Screw-cap microcentrifuge tube (1.5 μL) | USA Scientific | 1415-8700 | |
| NaH14CO3 | ViTrax | VC 194 | Keep in aliquots of 400 μL at -20°C |
| RuBP | Sigma | R0878-100mg | Dissolve in 10 mM Tris-propionic acid (pH 6.5) |
References
- Morgan-Kiss, R. M., Priscu, J. P., Pocock, T., Gudynaite-Savitch, L., Hüner, N. P. A. Adaptation and acclimation of photosynthetic microorganisms to permanently cold environments. Microbiol Mol. Biol. Rev. 70, 222-252 (2006).
- Priscu, J. C., Wolf, C. F., Takacs, C. D., Fritsen, C. H., Laybourn-Parry, J., Roberts, J. K. M., Berry-Lyons, W. Carbon transformations in the water column of a perennially ice-covered Antarctic Lake. Biosci. 49, 997-1008 (1999).
- Caron, D. A., Worden, A. Z., Countway, P. D., Demir, E., Heidelberg, K. B. Protists are microbes too: a perspective. ISME J. 3, 4-12 (2009).
- Bielewicz, S., Bell, E. M., Kong, W., Friedberg, I., Priscu, J. C., Morgan-Kiss, R. M. Protist diversity in a permanently ice-covered Antarctic lake during the polar night transition. ISME J. 5, 1559-1564 (2011).
- Laybourn-Parry, J. No place too cold. Science. 324, 1521-1522 (2009).
- Roberts, E. C., Laybourn-Parry, J. Mixotrophic cryptophytes and their predators in the Dry Valley lakes of Antarctica. Freshwat. Biol. 41, 737-746 (1999).
- Roberts, E. C., Priscu, J. C., Laybourn-Parry, J. Microplankton dynamics in a perennially ice-covered Antarctic lake-Lake Hoare. Freshwat Biol. 27, 238-249 (2004).
- Bell, E. M., Laybourn-Parry, J. Mixotrophy in the Antarctic phytoflagellate Pyramimonas gelidicola. J. Phycol. 39, 644-649 (2003).
- De Wever, A., Leliaert, F., Verleyen, E., Vanormelingen, P., Van der Gucht, K., Hodgson, D. A. Hidden levels of phylodiversity in Antarctic green algae: further evidence for the existence of glacial refugia. Proc. Biol. Sci. , 276-3591 (2009).
- Laybourn-Parry, J. Survival mechanisms in Antarctic lakes. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 357, 863-869 (2002).
- Lizotte, M. P., Priscu, J. C., Priscu, J. C. Distribution, succession and fate of phytoplankton in the dry valley lakes of Antarctica, based on pigment analysis. Ecosystem Dynamics in a Polar Desert: The McMurdo Dry Valleys. , 229-240 (1998).
- Ellis, R. J. Most abundance protein in the world. Tren. Biochem. Sci. 4, 241-244 (1979).
- Tortell, P. D., Martin, C. L., Corkum, M. E. Inorganic carbon uptake and intracellular assimilation by subarctic Pacific phytoplankton assemblages. Limnol. Oceanogr. 51, 2102-2110 (2006).
- Jeffrey, S. W., Humphrey, G. F. New spectrophotometric equations for determining chlorophyll a, b, c1, c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton. Biochem. Physiol. Pflanz. 167, 191-194 (1975).
- Morgan, R. M., Ivanov, A. G., Priscu, J. C., Maxwell, D. P., Hüner, N. P. A. Structure and composition of the photochemical apparatus of the Antarctic green alga, Chlamydomonas subcaudata. Photosyn. Res. 56, 303-314 (1998).
- Guillard, R. R. L., Smith, W. L., Chanley, M. H. Culture of phytoplankton for feeding marine invertebrates. Culture of Marine Invertebrate Animals. , 29-60 (1975).
- Johnson, M. D., Tengs, T., Oldach, D., Stoecker, D. K. Sequestration, performance, and functional control of cryptophyte plastids in the ciliate Myrionecta rubra (Ciliophora. J. Phycol. 42, 1235-1246 (2006).
- Rippka, R., Deruelles, J., Waterbury, J., Herdman, M., Stanier, R. Generic assignments, strain histories and properties of pure cultures of cyanobacteria. J. Gen. Microbiol. 111, 1-61 (1979).
- Not, F., del Campo, J., Balague, V., De Vargas, C., Massana, R. New insights into the diversity of marine picoeukaryotes. PLoS ONE. 4, e7143 (2009).
- Sherr, B. F., Sherr, E. B., Caron, D. A., Vaulot, D., Worden, A. Z. Oceanic Protists. Oceanography. 20, 130-135 (2007).
- Finlay, B. J. Protist taxonomy: an ecological perspective. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 359, 599-610 (2004).
- Foissner, W. Protist diversity: estimates of the near-imponderable. Protist. 150, 363-368 (1999).
- Gast, R. J., Moran, D. M., Dennett, M. R., Caron, D. A. Kleptoplasty in an Antarctic dinoflagellate: caught in evolutionary transition. Environmental Microbiology. 9, 39-45 (2007).
- Gast, R. J., Moran, M. A., Beaudoin, D. J., Blythe, J. N., Dennett, M. R., Caron, D. A. High abundance of a novel dinoflagellate phylotype in the Ross Sea. Antarctica. J. Phycol. 42, 233-242 (2006).
- Moran, D. M., Anderson, O. R., Dennett, M. R., Caron, D. A., Gast, R. J. A Description of Seven Antarctic Marine Gymnamoebae Including a New Subspecies, Two New Species and a New Genus: Neoparamoeba aestuarina antarctica n. subsp., Platyamoeba oblongata n. sp., Platyamoeba contorta n. sp. and Vermistella antarctica n. gen. n. sp. Journal of Eukaryotic Microbiology. 54, 169-183 (2007).
- Rose, J. M., Vora, N. M., Countway, P. D., Gast, R. J., Caron, D. A. Effects of temperature on growth rate and gross growth efficiency of an Antarctic bacterivorous protist. The ISME journal. 3, 252-260 (2009).
