Deneysel Çalışmalar için Deniz Pelajik Tunicate Dolioletta gegenbauri (Uljanin 1884) Yetiştiriciliği
Summary
Doliolidler, türleri Dolioletta gegenbauride dahil olmak üzere, dünya çapında üretken kıtaaltı raf sistemlerinde bulunan ekolojik önemi küçük jelatinimsi deniz zooplankton vardır. Bu hassas organizmaları kültüre çekmenin zorluğu araştırmalarını sınırlandırıyor. Bu çalışmada doliolid Dolioletta gegenbauri’nintoplanması, yetiştirilmesi ve bakımı için yetiştirme yaklaşımlarını açıklıyoruz.
Abstract
Jelatinimsi zooplanktonlar okyanus ekosistemlerinde çok önemli bir rol oynamaktadır. Ancak, genellikle onların fizyolojisi, büyüme, fecundity ve trofik etkileşimleri öncelikle metodolojik zorluklar nedeniyle araştırmak zordur, onları kültür yeteneği de dahil olmak üzere. Bu özellikle doliolid için geçerlidir, Dolioletta gegenbauri. D. gegenbauri genellikle üretken subtropikal kıta sahanlığı sistemlerinde dünya çapında, genellikle günlük birincil üretimin büyük bir kısmını tüketebilen çiçek konsantrasyonlarında görülür. Bu çalışmada, laboratuvar tabanlı çalışmaların yürütülmesi amacıyla D. gegenbauri’nin toplanması, yetiştirilmesi ve bakımı için yetiştirme yaklaşımları açıklanmaktadır. D. gegenbauri ve diğer doliolid türler sürüklenen bir gemiden eğik çekilmiş konik 202 μm örgü plankton ağları kullanılarak canlı olarak yakalanabilir. Su sıcaklığı 21 °C’nin altında olduğunda kültürler en güvenilir şekilde kurulur ve olgunlaşmamış gonozooidler, olgunlaşan phorozooidler ve büyük hemşirelerden başlar. Kültürler yavaş dönen plankton tekerleği üzerinde yuvarlak kültür kaplarında muhafaza edilebilir ve birçok nesiller boyunca doğal deniz suyunda kültürlü yosun bir diyet sürdürülür. D. gegenbaurilaboratuvar kültürleri kurmak için yeteneğiek olarak, biz toplama durumu, yosun konsantrasyonu, sıcaklık ve doğal olarak klimalı deniz suyuna maruz kalma tüm kültür için kritik olduğunu göstermektedir kurulması, büyüme, hayatta kalma ve D. gegenbauriüreme .
Introduction
Okyanustaki en büyük hayvan biyokütlesi için Zooplankton hesabı, deniz gıda ağları önemli bileşenleridir ve okyanus biyojeokimyasal döngüleri önemli roller oynamaktadır1,2. Zooplankton, organizmaların büyük bir çeşitlilik oluşan rağmen, brüt iki kategoriye ayrılabilir: birkaç ara taxa ile jelatinimsi ve jelatinsiz3,4. Jelatinimsi olmayan zooplankton ile karşılaştırıldığında, jelatinimsi zooplankton karmaşık yaşam geçmişleri nedeniyle çalışmak özellikle zordur5, ve onların hassas dokuları kolayca yakalama ve işleme sırasında zarar görür. Jelatinimsi zooplankton türleri, bu nedenle, laboratuvarda kültür üne sahip ve genellikle daha az jelatinimsi olmayantürler6 göre çalışılmıştır.
Jelatinimsi zooplankton grupları arasında, dünya okyanusunda bol ve ekolojik önemi olan thaliasyalılar vardır. Thaliaceans siparişleri Salpida, Pyrosomida ve Doliolida7içeren pelajik tunicates bir sınıfvardır. Doliolida, topluca doliolids olarak anılacaktır, subtropikal okyanusların üretken neritik bölgelerde yüksek bolluk ulaşabilirsiniz küçük varil şeklinde serbest yüzme pelajik organizmalardır. Doliolids tüm zooplankton gruplarının en bol arasındadır4,8. Süspansiyon besleyiciler olarak, doliolids filtre akımları oluşturarak ve mukus ağlarıonlarıyakalayarak su sütunundan gıda parçacıkları toplamak 9 . Taksonomtik olarak, doliolidler phylum Urochordata10’dasınıflandırılır. Koroata ataları ve deniz pelajik sistemlerinin temel bileşenleri olarak ekolojik önemine ek olarak, Thaliaceans sömürge yaşam tarihinin kökeni anlamak için önemi vardır10,11 ve evrim chordates5,7,10,12,13,14.
Doliolidlerin yaşam öyküsü karmaşıktır ve yaşam döngüleri boyunca onları kültürleme ve sürdürme nin zorluğuna katkıda bulunur. Doliolid yaşam döngüsü ve anatomi bir inceleme Godeaux ve ark15bulunabilir. Cinsel ve eşeysiz yaşam öyküsü aşamaları arasında zorunlu bir değişim içeren doliolid yaşam döngüsü Şekil1’de sunulmuştur. Yumurta ve sperm hermafrodit gonozooids tarafından üretilen, yaşam döngüsünün tek yalnız aşaması. Gonozooidler su sütununa sperm salgılar larvalara dönüşür ve yumurtalar içten döllenir ve larvaya dönüşür. Larvalar yumurtadan çıkar ve 1-2 mm’ye ulaşabilen oozooidlere metamorfoz. Oozooidler ventral stolonlarında eşeysiz tomurcuküretirler. Bu tomurcuklar stolonbırakın ve üç eşleştirilmiş satırlar halinde dize kadofor göç. Merkezi çift sıralar phorozooid, dıştaki iki çift sıra trophozooid olur. İkincisi hem hemşire ve phorozooids16,17gıda sağlar. Trophozooids o tüm iç organları kaybeder gibi beslenme ile hemşire kaynağı. Trophozooidlerin bolluğu arttıkça, hemşirenin büyüklüğü laboratuvarda 15 mm’ye ulaşabilir. Phorozooidler büyüdükçe, giderek planktonik av yutmak ve bireyler olarak serbest bırakılmadan önce boyutu ~ 1.5 mm ulaşmak17. Tek bir hemşire ömrü boyunca 100 phorozooids serbest bırakabilir18. Phorozooidler kadofordan salındıktan sonra büyümeye devam ederler ve yaşam döngüsünün ikinci sömürge evresiolurlar. Yaklaşık 5 mm boyutuna ulaştıklarında, her phorozooid ventral peduncle üzerinde bir küme gonozooid geliştirir. Bu gonozooidler ~ 1 mm uzunluğa ulaştıklarında parçacıkları yutabilirler. Gonozooidler ~ 2-3 mm boyutuna ulaştıktan sonra phorozooid serbest bırakılır ve yaşam döngüsünün tek yalnız aşaması haline gelir. Bir kez boyutu ~ 6 mm ulaşmak, gonozooids cinsel olgun17olur. Gonozooidler 9 mm veya daha uzunluğa ulaşabilirler. Gonozooidler hermafrodit, sperm aralıklı olarak serbest bırakılırken yumurtaların döllenmesi dahili olarak oluşur16,17. Gonozooid ≥ 6 mm boyutunda olduğunda, 6 döllenmiş yumurtaya kadar salgılar. Başarılı kültür, bu benzersiz yaşam öyküsü aşamalarının her birinin özel ihtiyaçlarını desteklemeyi gerektirir.
Doliolidler de dahil olmak üzere Thaliasyalıların ekolojik ve evrimsel önemi nedeniyle, bu organizmanın eşsiz biyolojisi, fizyolojisi, ekolojisi ve evrimsel tarihini anlamak için yetiştirme metodolojilerine ihtiyaç vardır19 . Doliolidler, gelişimbiyolojisi ve fonksiyonel genomik alanlarında deneysel model organizmalar olarak önemli bir vaatte bulunmaktadırlar çünkü şeffaftırlar ve muhtemelen genomları düzene sokmuşlar20,21. Ancak güvenilir yetiştirme yöntemlerinin eksikliği, laboratuvar modelleri olarak kullanışlılıklarını engellemez. Bir avuç laboratuvar kültürlü doliolidlere dayalı sonuçlar yayınlamış olsa da, bilgi yetiştirme yaklaşımlarımız ve ayrıntılı protokollerimiz daha önce yayınlanmamıştır. Deneyim yıl dayanarak, ve deneme yanılma yetiştirme girişimleri, Bu çalışmanın amacı deneyimleri gözden geçirmek ve doliolids toplama ve ekimi için protokolleri paylaşmak için, özellikle tür Dolioletta gegenbauri.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kültür doliolids kapasitesi son birkaç on yıl içinde kurulmuş ve çeşitli alanlarda araştırma desteklemek için kullanılmıştır. Laboratuvarlarımızda yapılan deneysel çalışmalar, beslenme ve büyümeye odaklanan en az 15 bilimsel çalışmanın yayınlanmasını desteklemiş18,26, üreme18,28, diyet6, 29, fizyoloji<sup class="xr…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
G.-A. dahil olmak üzere bu projeye yıllar içinde bilgi birikimine katkıda bulunan birçok kişiye müteşekkiriz. Paffenhöfer ve D. Deibel bu protokolleri ilk olarak geliştirmişlerdir. Mösyö Köster ve L. Lamboley de bu prosedürlerin geliştirilmesine önemli ölçüde katkıda bulunmuştur. N.B. López-Figueroa ve Á.E. Rodríguez-Santiago Tablo 1’de sağlanan doliolid bolluğu tahminlerini ürettiler. Bu çalışma kısmen ABD Ulusal Bilim Vakfı ödülleri OCE 082599, 1031263 MEF, ortak projeler OCE 1459293 ve OCE 14595010 MEF ve DMG ve Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi ödülü NA16SEC4810007 DMG tarafından desteklenmiştir. R/V Savannah’nın çalışkan ve profesyonel ekibine minnettarız. Lee Ann DeLeo rakamlar hazırlanan, Charles Y. Robertson kanıtı el yazması ve, James (Jimmy) Williams plankton tekerlek üretti
Materials
| Algal culture tubes (55 mL sterile disposable glass culture tubes) | Any | NA | For algal cultures |
| Autoclave | Any | NA | For sterilizing equipment and seawater for algal cultures |
| Beakers (2 L glass) | Any | NA | For sorting diluted plankton net tow contents |
| Buckets (5 gallon, ~20L) | Any | NA | For diluting contents of planton net tow – should be seawater conditioned before first use |
| Carboys (20 L) | Any | NA | For storing seawater |
| Doliolid glass culturing jar (1.9 L narrow mouth glass jar with cap) | Qorpak | GLC-01882 | Container for culture |
| Doliolid glass culturing jar (3.8 L narrow mouth glass jar with cap) | Qorpak | GLC-01858 | Container for culture |
| Environmental Chamber (Temperature controlled enviromental chamber) | Any | NA | To accommodate plankton wheel and culture maintenance |
| Filtration apparatus for 47 mm filters | Any | NA | For filtering seawater for cultures |
| Glass microfiber filters, 47 mm | Whatman | 1825-047 | For filtering seawater for cultures |
| Glass pipette (borosillicate glass pipette (glass tubing), OD 10mm, ID 8 mm, wall thickness 1mm) | Science Company | NC-10894 | Custom cut and edges polished |
| Hose clamps, stainless steel, #104 (178 mm) | Any | NA | For holding culturing jars to the plankton wheel |
| Isochrysis galbana strain CCMP1323 | National Center for Marine Algae and Microbiota (NCMA) | strain CCMP1323 | For feeding doliolid cultures |
| L1 Media Kit, 50 L | National Center for Marine Algae and Microbiota (NCMA) | MKL150L | For culturing algae |
| Lamp (Fluorescent table lamp with an adjustable arm) | Any | NA | For illuminating doliolids in the jars and beakers |
| Lighted temperature controlled incubator | Any | NA | For algal cultures |
| Micropipettes and sterile tips (0-20 µl, 20-200 µl, 200-1000 µl) | Any | NA | For algal cultures |
| Plankton Net (202 µm 0.5 m, 5:1 length) with cod end ring and 4 L aquarium cod-end | Sea-Gear Corporation | 90-50×5-200-4A/BB | For collecting living doliolids (see Figure 4) |
| Plankton Wheel | NA | NA | Custom built (see Figure 2) |
| Plastic wrap | Any | NA | To cover inside of lid of doliolid culture jars |
| Potassium Permanganate | Fisher Scientific | P279-500 | Reagent for cleaning jars and glassware |
| Rhodomonas sp. strain CCMP740 | National Center for Marine Algae and Microbiota (NCMA) | strain CCMP740 | For feeding doliolid cultures |
| Rubber Tubing | NA | NA | For holding culturing jars to the plankton wheel (can be made from tygon tubing) |
| Sodium Bisulfite | Fisher Scientific | S654-500 | Reagent for cleaning jars and glassware |
| Sodium Hydroxide | Fisher Scientific | BP359-212 | Reagent for cleaning jars and glassware |
| Sterile serological pipettes (1 mL, 5 mL, 10 mL, 25 mL) | Any | NA | For algal cultures |
| Thalassiosira weissflogii strain CCMP1051 | National Center for Marine Algae and Microbiota (NCMA) | strain CCMP1051 | For feeding doliolid cultures |
| Tissue culture flasks (250 mL) | Any | NA | For algal cultures |
References
- Banse, K. Zooplankton – Pivotal role in the control of ocean production. Ices Journal of Marine Science. 52 (3-4), 265-277 (1995).
- Wilson, S. E., Ruhl, H. A., Smith, K. L. Zooplankton fecal pellet flux in the abyssal northeast Pacific: A 15 year time-series study. Limnology and Oceanography. 58 (3), 881-892 (2013).
- Bode, A., Álvarez-Ossorio, M. T., Miranda, A., Ruiz-Villarreal, M. Shifts between gelatinous and crustacean plankton in a coastal upwelling region. Ices Journal of Marine Science. 70 (5), 934-942 (2013).
- Kiorboe, T. Zooplankton body composition. Limnology and Oceanography. 58 (5), 1843-1850 (2013).
- Holland, L. Z. Tunicates. Current Biology. 26 (4), R146-R152 (2016).
- Walters, T. L., et al. Diet and trophic interactions of a circumglobally significant gelatinous marine zooplankter, Dolioletta gegenbauri (Uljanin, 1884). Molecular Ecology. , (2018).
- Piette, J., Lemaire, P. Thaliaceans, the neglected pelagic relatives of ascidians: a developmental and evolutionay enigma. Quarterly Review of Biology. 90 (2), 117-145 (2015).
- Acuña, J. L. Pelagic tunicates: Why gelatinous?. American Naturalist. 158 (1), 100-107 (2001).
- Alldredge, A. L., Madin, L. P. Pelagic tunicates – unique herivores in the marine plankton. Bioscience. 32 (8), 655-663 (1982).
- Wada, H. Evolutionary history of free-swimming and sessile lifestyles in urochordates as deduced from 18S rDNA molecular phylogeny. Molecular Biology and Evolution. 15 (9), 1189-1194 (1998).
- Zeng, L. Y., Jacobs, M. W., Swalla, B. J. Coloniality has evolved once in stolidobranch ascidians. Integrative and Comparative Biology. 46 (3), 255-268 (2006).
- Delsuc, F., Brinkmann, H., Chourrout, D., Philippe, H. Tunicates and not cephalochordates are the closest living relatives of vertebrates. Nature. 439 (7079), 965-968 (2006).
- Garstang, W. The morphology of the Tunicata, and its bearing on the phylogeny of the chordata. Quarterly Journal of Microscopical Science. 72 (285), 51-187 (1929).
- Govindarajan, A. F., Bucklin, A., Madin, L. P. A molecular phylogeny of the Thaliacea. Journal of Plankton Research. 33 (6), 843-853 (2011).
- Godeaux, D., Bone, Q., Braconnot, J. C., Bone, Q. . The Biology of Pelagic Tunicates. , 1-24 (1998).
- Deibel, D., Lowen, B. A review of the life cycles and life-history adaptations of pelagic tunicates to environmental conditions). Ices Journal of Marine Science. 69 (3), 358369 (2012).
- Paffenhöfer, G., Köster, M. From one to many: on the life cycle of Dolioletta gegenbauri Uljanin (Tunicata, Thaliacea). Journal of Plankton Research. 33 (7), 1139-1145 (2011).
- Paffenhöfer, G. A., Gibson, D. M. Determination of generation time and asexual fecundity of doliolids (Tunicata, Thaliacea). Journal of Plankton Research. 21 (6), 1183-1189 (1999).
- Conley, K. R., Lombard, F., Sutherland, K. R. Mammoth grazers on the ocean’s minuteness: a review of selective feeding using mucous meshes. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences. 285 (1878), (2018).
- Bouquet, J. M., et al. Culture optimization for the emergent zooplanktonic model organism Oikopleura dioica. Journal of Plankton Research. 31 (4), 359370 (2009).
- Denoeud, F., et al. Plasticity of Animal Genome Architecture Unmasked by Rapid Evolution of a Pelagic Tunicate. Science. 330 (6009), 1381-1385 (2010).
- Harrison, P. J., Waters, R. E., Taylor, F. J. R. A broad-spectrum artificial seawater medium for coastal and open ocean phytoplankton. Journal of Phycology. 16 (1), 2835 (1980).
- Ohman, M. D., et al. Zooglider: An autonomous vehicle for optical and acoustic sensing of zooplankton. Limnology and Oceanography-Methods. 17 (1), 69-86 (2019).
- Takahashi, K., et al. In situ observations of a doliolid bloom in a warm water filament using a video plankton recorder: Bloom development, fate, and effect on biogeochemical cycles and planktonic food webs. Limnology and Oceanography. 60 (5), 1763-1780 (2015).
- Deibel, D., Bone, Q. . The biology of pelagic tunicates. , 171-186 (1998).
- Gibson, D. M., Paffenhöfer, G. A. Feeding and growth rates of the doliolid, Dolioletta gegenbauri Uljanin (Tunicata, Thaliacea). Journal of Plankton Research. 22 (8), 1485-1500 (2000).
- Haskell, A., Hofmann, E., Paffenhöfer, G., Verity, P. Modeling the effects of doliolids on the plankton community structure of the southeastern US continental shelf. Journal of Plankton Research. 21 (9), 1725-1752 (1999).
- Gibson, D. M., Paffenhöffer, G. A. Asexual reproduction of the doliolid, Dolioletta gegenbauri Uljanin (Tunicata, Thaliacea). Journal of Plankton Research. 24 (7), 703-712 (2002).
- Frischer, M. E., et al. Reliability of qPCR for quantitative gut content estimation in the circumglobally abundant pelagic tunicate Dolioletta gegenbauri (Tunicata, Thaliacea). Food Webs. 1, 7 (2014).
- Köster, M., Paffenhöfer, G., Baker, C., Williams, J. Oxygen consumption of doliolids (Tunicata, Thaliacea). Journal of Plankton Research. 32 (2), 171-180 (2010).
- Paffenhöfer, G. A hypothesis on the fate of blooms of doliolids (Tunicata, Thaliacea). Journal of Plankton Research. 35 (4), 919-924 (2013).
- Takahashi, K., et al. Sapphirinid copepods as predators of doliolids: Their role in doliolid mortality and sinking flux. Limnology and Oceanography. 58 (6), 1972-1984 (2013).
- Martí-Solans, J., et al. Oikopleura dioica Culturing Made Easy: A Low-Cost Facility for an Emerging Animal Model in EvoDevo. Genesis. 53 (1), 183-193 (2015).
- Nishida, H. Development of the appendicularian Oikopleura dioica: Culture, genome, and cell lineages. Development Growth & Differentiation. 50, S239-S256 (2008).
