Etablering av Mikrobielle Eukaryote berikelse kulturer fra en kjemisk Stratifisert Antarktis Lake og vurdering av Carbon Fiksering Potential
Summary
Mikrobielle eukaryoter er både en kilde til photosynthetically-derived carbon og topp rov arter i permanent islagte Antarktis innsjøer. Denne rapporten beskriver en berikelse kultur tilnærming for å isolere metabolsk allsidige mikrobielle eukaryoter fra Antarktis innsjø, Lake Bonney, og vurderer uorganisk karbon fiksering potensial ved hjelp av en radioisotop analysen for ribulose-bifosfatase-karboksylase/oksygenase-proteinet-1 ,5-bisphophate carboxylase oxygenase (RubisCO) aktivitet.
Abstract
Lake Bonney er en av utallige permanent islagte innsjøer som ligger i McMurdo Dry Valleys i Antarktis. Den flerårige isen opprettholder en kjemisk stratifisert vannsøylen og i motsetning til andre innlandet vannforekomster, hovedsakelig hindrer ekstern tilførsel av karbon og næringsstoffer fra bekker. Biota er utsatt for en rekke miljømessige belastninger, blant annet helårs alvorlig næringsmangel, lave temperaturer, ekstrem skygge, hypersalinity, og 24-timers mørke vinteren en. Disse ekstreme miljøforhold begrense biota i Lake Bonney nesten utelukkende til mikroorganismer to.
Encellede mikrobielle eukaryoter (kalt "protister") er viktige aktører i biogeokjemiske sykler tre og spiller viktige økologiske roller i sykling av karbon i de tørre dalen innsjøer, opptar både grunnskoler og videregående roller i akvatisk næringskjeden. I de tørre dalen akvatiske næringskjeden, protister som løser jegnorganic karbon (autotrophy) er de største produsentene av organisk karbon for organotrophic organismer 4, 2. Phagotrophic eller heterotrofe protister stand til inntak bakterier og mindre protister opptre som toppredatorer i næringskjeden 5. Sist, er en ukjent andel av protist befolkningen i stand til kombinerte mixotrophic metabolisme 6, 7. Mixotrophy i protister innebærer evnen til å kombinere fotosyntetiske evne med phagotrophic inntak av byttedyr mikroorganismer. Denne formen for mixotrophy forskjellig fra mixotrophic metabolisme i bakterielle arter, noe som vanligvis innebærer opptak oppløste karbon molekyler. Det er for tiden svært få protist isolater fra permanent is-capped polare innsjøer, og studier av protist mangfold og økologi i dette ekstreme miljøet har vært åtte begrenset, 4, 9, 10, 5. En bedre forståelse av protist metabolsk allsidighet i det enkle tørre dalen innsjø næringskjeden vil hjelpemiddel i utvikling av modeller for role av protister i den globale karbonsyklusen.
Vi ansatt en berikelse kultur tilnærming for å isolere potensielt phototrophic og mixotrophic protister fra Lake Bonney. Prøvetaking dyp i vannsøylen ble valgt basert på plasseringen av primærproduksjonen maxima og protist fylogenetisk fire mangfold, 11, samt variasjon i viktige abiotiske faktorer som påvirker protist trofiske moduser: grunt prøvetaking dyp er begrenset for store næringsstoffer, mens dypere prøvetaking dybder er begrenset av lys tilgjengelighet. I tillegg ble innsjø vannprøver supplert med flere typer vekstmedier for å fremme veksten av en rekke phototrophic organismer.
RubisCO katalyserer det hastighetsbegrensende trinnet i Calvin Benson Bassham (CBB) syklus, den viktigste veien der autotrophic organismer fikse uorganisk karbon og gi organisk karbon for høyere trofiske nivåer i akvatiske og terrestriske næringskjeder 12. I denne studien, we brukte et radioisotop analysen modifisert for filtrerte prøver 13 til overvåke maksimalt carboxylase aktivitet som en proxy for karbon fiksering potensial og metabolsk allsidighet i Lake Bonney berikelse kulturer.
Protocol
Discussion
Nyere molekylære studier har rapportert høy diversitet av encellede eukaryote tvers av en rekke tre miljøer, 19, 20, men på grunn av mangel på isolater over hele spekteret av protist habitater de funksjonelle roller disse individuelle arter i næringskjeder i stor grad ukjent. I denne studien har vi beskrevet metoder for å berike for mikrobielle eukaryote arter stiller metabolsk allsidighet fra en relativt undersampled miljø, en permanent islagte Antarktis innsjø. Kulturer beriket fra ulike prøvetaki…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker J. Priscu, A. Chiuchiolo og McMurdo Filterpressens limnologi team for bistand i innsamling og bevaring av prøvene i Antarktis. Vi takker Ratheon Polar Services og Phi helikoptre for logistisk støtte. Lette mikrografer ble generert i Miami senter for avansert mikroskopi og Imaging Center. Dette arbeidet ble støttet av NSF Office of Polar radioprogrammer Grants 0631659 og 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).
