Teelt van de mariene pelagische Tunicate Dolioletta gegenbauri (uljanin 1884) voor experimentele studies
Summary
Dolioliden, met inbegrip van de soort Dolioletta gegenbauri, zijn kleine gelatineuze mariene zoöplankton van ecologische betekenis gevonden op productieve Subcontinentale plank systemen wereldwijd. De moeilijkheid van het kweken van deze delicate organismen beperkt hun onderzoek. In deze studie beschrijven we de teelt benaderingen voor het verzamelen, fokken en onderhouden van de doliolid Dolioletta gegenbauri.
Abstract
Gelatineuze zooplanktons spelen een cruciale rol in de oceaan ecosystemen. Het is echter over het algemeen moeilijk om hun fysiologie, groei, feconiteit en trofische interacties te onderzoeken, voornamelijk als gevolg van methodologische uitdagingen, waaronder het vermogen om ze te cultuur. Dit geldt met name voor de doliolid, Dolioletta gegenbauri. D. gegenbauri komt vaak voor in productieve subtropische, continentale schapsystemen wereldwijd, vaak bij bloei concentraties die een grote fractie van de dagelijkse primaire productie kunnen consumeren. In deze studie beschrijven we de teelt benaderingen voor het verzamelen, fokken en onderhouden van D. gegenbauri met het oog op het uitvoeren van laboratorium studies. D. gegenbauri en andere doliolid soorten kunnen levend worden gevangen met behulp van schuin getrokken conische 202 μm mesh plankton netten van een drifting schip. Culturen worden het meest betrouwbaar vastgesteld wanneer de watertemperaturen lager zijn dan 21 °C en worden gestart vanuit onrijpe gonozooids, rijpende phorozooids en grote verpleegkundigen. Culturen kunnen worden gehandhaafd in afgeronde kweekvaten op een langzaam draaiend plankton wiel en gedurende vele generaties worden gesteund op een dieet van gekweekte algen in natuurlijk zeewater. Naast de mogelijkheid om laboratorium culturen van D. gegenbaurivast te stellen, tonen we aan dat de opvang toestand, algen concentratie, temperatuur en blootstelling aan natuurlijk geconditioneerd zeewater essentieel zijn voor de cultuur oprichting, groei, overleving en reproductie van D. gegenbauri.
Introduction
Zooplankton is voor de grootste dierlijke biomassa in de Oceaan, zijn belangrijke componenten in mariene voedsel webben, en spelen belangrijke rollen in de oceaan biogeochemische cycli1,2. Zooplankton, hoewel het bestaat uit een enorme diversiteit aan organismen, kan worden onderscheiden in twee categorieën: gelatineuze en niet-gelatineuze met weinig tussenliggende taxa3,4. In vergelijking met het niet-gelatineuze zoöplankton zijn gelatineuze zoöplankton bijzonder moeilijk te bestuderen vanwege hun complexe levens geschiedenissen5, en hun delicate weefsels zijn gemakkelijk beschadigd tijdens het vangen en hanteren. Gelatineuze zoöplankton soorten zijn daarom notoir moeilijk te kweken in het laboratorium en over het algemeen minder bestudeerd in vergelijking met niet-gelatineuze soorten6.
Onder gelatineuze zoöplankton groepen, een overvloedig en van ecologisch belang in de wereld Oceaan zijn de thalieeën. Thalieeën zijn een klasse van pelagische tunicaten, waaronder de bevelen Salpida, Pyrosomida en Doliolida7. Doliolida, gezamenlijk aangeduid als dolioliden, zijn kleine tonvormige vrij-zwemmen pelagische organismen die hoge Abundances kunnen bereiken in productieve neritische gebieden van subtropische oceanen. Dolioliden behoren tot de meest overvloedige van alle zoöplankton groepen4,8. Als suspensie feeders verzamelen dolioliden voedseldeeltjes uit de waterkolom door filter stromen te maken en ze op slijm Nets9te vangen. Taxonomisch zijn dolioliden ingedeeld in de stam Urochordata10. Voorouderlijke naar de chordates, en in aanvulling op hun ecologische betekenis als belangrijke componenten van mariene pelagische systemen, zijn de Thalieeën van belang voor het begrijpen van de oorsprong van de koloniale levensgeschiedenis10,11 en de evolutie van de chordates5,7,10,12,13,14.
De levensgeschiedenis van doliolids is complex en draagt bij aan de moeilijkheden bij het kweken en ondersteunen van hen door hun levenscyclus. In Godeaux et al.15vindt u een overzicht van de levenscyclus en anatomie van de doliolid. De doliolid levenscyclus, waarbij een verplichte afwisseling tussen seksuele en ongeslachtelijke levensgeschiedenis stadia, wordt weergegeven in Figuur 1. Eieren en sperma worden geproduceerd door de hermafrodiet gonozooids, de enige eenzame fase van de levenscyclus. Gonozooids geven sperma vrij aan de waterkolom en eieren zijn intern bevruchte en vrijkomen om zich te ontwikkelen tot larven. Larven en metamorfose in oozooids die 1-2 mm kunnen bereiken. veronderstelde gunstige milieuomstandigheden en voeding, oozooids worden vroege verpleegkundigen binnen 1-2 dagen bij 20 °C en initiëren de koloniale stadia van de levenscyclus. Oozooids produceren knoppen op hun ventrale stolon. Deze knoppen verlaten de stolonen en migreren naar de dorsale cadophore waar ze zich in drie gekoppelde rijen bevinden. De centrale dubbele rijen worden phorozooids en de buitenste twee dubbele rijen worden trophozooids. Deze laatste bieden voedsel aan zowel de verpleegkundige als de phorozooids16,17. De trophozooids leveren de verpleegkundige met voeding terwijl ze alle inwendige organen verliest. Naarmate de overvloed aan trophozooids toeneemt, kan de grootte van de verpleegkundige 15 mm in het laboratorium bereiken. Naarmate de phorozooids groeien, nemen ze steeds meer plankton prooi en bereiken ze ~ 1,5 mm in grootte voordat ze als individuen worden vrijgelaten17. Een enkele verpleegkundige kan > 100 phorozooids vrijgeven tijdens de levensduur18. Nadat de phorozooids uit de cadophore zijn vrijgelaten, blijven ze groeien en zijn ze de tweede koloniale fase van de levenscyclus. Zodra ze ~ 5 mm in grootte bereiken, ontwikkelt elke phorozooid een cluster van gonozooids op hun ventrale peduncle. Deze gonozooids kunnen deeltjes opnemen wanneer ze ~ 1 mm lang bereiken. Nadat de gonozooids hebben bereikt ~ 2 aan 3 mm in grootte ze worden vrijgelaten uit de phorozooid en uitgegroeid tot de enige eenzame fase van de levenscyclus. Zodra ze bereiken ~ 6 mm in grootte, gonozooids worden seksueel volwassen17. Gonozooids kunnen een lengte van 9 mm of meer bereiken. Gonozooids zijn hermaphroditic, sperma wordt met tussenpozen vrijgegeven terwijl de bevruchting van de eieren intern16,17plaatsvindt. Wanneer de gonozooid ≥ 6 mm groot is, brengt het tot 6 bevruchte eieren uit. Succesvolle kweek vereist ondersteuning van de specifieke behoeften van elk van deze unieke levensgeschiedenis stadia.
Vanwege de ecologische en evolutionaire betekenis van Thalieeën, waaronder doliolids, is er behoefte aan de teelt methodieken om het begrip van de unieke biologie, fysiologie, ecologie en evolutionaire geschiedenis van dit organisme te begrijpen19 . Doliolids hebben een aanzienlijke belofte als experimentele model organismen in de ontwikkelingsbiologie en functionele genomics omdat ze transparant zijn en waarschijnlijk hebben genomen genomen20,21. Het ontbreken van betrouwbare teeltmethoden belemmert echter hun nut als laboratorium modellen. Hoewel een handvol laboratoria resultaten hebben gepubliceerd op basis van gekweekte dolioliden, naar onze kennis teelt benaderingen en gedetailleerde protocollen zijn niet eerder gepubliceerd. Op basis van jarenlange ervaring, en trial and error teelt pogingen, het doel van deze studie was om ervaringen te beoordelen en te delen protocollen voor de verzameling en de teelt van doliolids, met name de soort Dolioletta gegenbauri.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het vermogen tot cultuur doliolids is in de afgelopen decennia vastgesteld en is gebruikt om onderzoek op verschillende gebieden te ondersteunen. Experimentele studies in onze laboratoria hebben de publicatie ondersteund van ten minste 15 wetenschappelijke studies gericht op de voeding en groei18,26, reproductie18,28, dieet6, 29, fysiologie<sup c…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We zijn dankbaar voor de vele personen die in de loop der jaren opgebouwde kennis hebben bijgedragen aan dit project, waaronder G.-A. Paffenhöfer en D. Deibel die deze protocollen oorspronkelijk ontwikkelden. M. Köster en L. Lamboley hebben ook een aanzienlijke bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van deze procedures. N.B. López-Figueroa en Á.E. Rodríguez-Santiago genereerden de schattingen van de overvloed aan doliolid in tabel 1. Deze studie werd deels gesteund door de US National Science Foundation Awards OCE 082599, 1031263 tot MEF, collaboratieve projecten OCE 1459293 en OCE 14595010 naar MEF en DMG en, de National Oceanic and atmosferische Administration Award NA16SEC4810007 to DMG. We zijn dankbaar voor de hardwerkende en professionele bemanning van de R/V Savannah. Lee Ann deleo bereidde de figuren voor, Charles Y. Robertson Review het manuscript en James (Jimmy) Williams vervaardigde het plankton wiel
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 |
Referências
- 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).
