הקמת מיקרוביאלית תרבויות העשרה האיקריוטים מ שכבתית כימית אנטארקטיקה אגם והערכת פוטנציאל קיבוע פחמן
Summary
אאוקריוטים חיידקים הם גם מקור של פחמן photosynthetically הנגזרות ואת הדף מינים טורפים ב לצמיתות מכוסי קרח אגמים אנטארקטיקה. דו"ח זה מתאר תרבות והעשרה הגישה לבודד מטבולית אאוקריוטים חיידקים צדדי מן האגם אנטארקטיקה, אגם בוני, ומעריך את הפוטנציאל אורגניים קיבוע פחמן באמצעות assay radioisotope עבור Ribulose-1 ,5-bisphophate פעילות oxygenase (RuBisCO) carboxylase.
Abstract
אגם בוני הוא אחד רבים לצמיתות מכוסי קרח אגמים הממוקם בעמקים יבש מקמרדו אנטארקטיקה. כיסוי קרח רב שנתי שומרת על עמודת המים מרובדת כימית שלא כמו גופים אחרים בפנים הארץ של מים, בעיקר מונע קלט חיצוני של פחמן וחומרים מזינים מן הזרמים. Biota חשופים ללחצים סביבתיים רבים, בהם חסר כל השנה תזונה חמורה, בטמפרטורות נמוכות, גוון קיצוני, hypersalinity ו -24 שעות חושך בחורף 1. אלה תנאים סביבתיים קיצוניים להגביל את biota באגם בוני כמעט אך ורק מיקרואורגניזמים 2.
חד תאיים אאוקריוטים חיידקים (המכונה "protists") הם שחקנים חשובים אופניים biogeochemical העולמי 3 ו ממלאים תפקידים אקולוגיים חשובים רכיבה על אופניים של פחמן האגמים יבשים העמק, כובש את שני התפקידים הראשיים שלישוני של האינטרנט המזון הימית. ב יבש העמק אינטרנט מימיים מזון, protists כי אני לתקןפחמן norganic (autotrophy) הם המפיקים הגדולים של פחמן אורגני עבור אורגניזמים organotrophic 4, 2. Phagotrophic או protists heterotrophic המסוגלים בליעת חיידקים protists קטנים יותר לשמש הטורפים הטובים ביותר במארג המזון 5. לאחרונה, שיעור ידוע של האוכלוסייה הפרוטיסטי מסוגל חילוף החומרים mixotrophic משולב 6, 7. Mixotrophy ב protists כולל היכולת לשלב יכולת הפוטוסינתזה עם בליעה phagotrophic של מיקרואורגניזמים טרף. צורה זו של mixotrophy שונה חילוף החומרים mixotrophic במינים חיידקים, אשר בדרך כלל כרוך מומס ספיגת מולקולות פחמן. כרגע יש מבודד לפרוטיסטים מעט מאוד מן האגמים הקוטב לצמיתות קרח כתרים, ומחקרים של גיוון הפרוטיסטי ואקולוגיה בסביבה קיצונית זו היה מוגבל 8, 4, 9, 10, 5. הבנה טובה יותר של גמישות מטבולית הפרוטיסטי על מארג מזון פשוט יבש האגם העמק יסייע בפיתוח מודלים של ROLE של protists במחזור הפחמן העולמי.
העסקנו תרבות והעשרה הגישה לבודד protists phototrophic פוטנציאל mixotrophic מאגם בוני. בעומק דגימה בעמודת המים נבחרו בהתבסס על המיקום של הייצור מקסימה ראשונית הפרוטיסטי פילוגנטי מגוון 4, 11, כמו גם משונות הגורמים העיקריים המשפיעים אביוטי trophic לפרוטיסטים מצבים: עומק דגימה רדודים מוגבלים עבור החומרים המזינים העיקריים, בעוד דגימה עומק עמוקות יותר מוגבלים על ידי זמינות האור. בנוסף, דגימות אגם מים נוספו עם סוגים שונים של מדיה צמיחה כדי לקדם את הצמיחה של מגוון רחב של אורגניזמים phototrophic.
RuBisCO מזרז את קצב הגבלת צעד בנסון קלווין Bassham (CBB) מחזור, מסלול העיקרי שבאמצעותו אורגניזמים autotrophic לתקן פחמן אורגני ולספק פחמן אורגני על רמות גבוהות יותר trophic רשתות המזון הימית 12 ו יבשתי. במחקר הנוכחי, Wדואר להחיל assay radioisotope שונה עבור דגימות מסוננות 13 כדי לעקוב אחר פעילות carboxylase המרבי כ-proxy עבור פוטנציאל קיבוע הפחמן צדדיות מטבולית בתרבויות בוני אגם העשרה.
Protocol
Discussion
מחקרים מולקולריים האחרונות דיווחו על מגוון גבוה של חד תאיים אאוקריוטים במגוון של סביבות 3, 19, 20, אולם בשל חוסר מבודד על פני מגוון רחב של בתי גידול לפרוטיסטים התפקידים תפקודית של אותם מינים בודדים רשתות המזון בעיקר לא ידוע. במחקר זה, שתיארנו מתודולוגיות להעשיר עב?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים Priscu ג', א Chiuchiolo ו LTER מקמרדו צוות האגמים לסיוע באיסוף ושימור דגימות באנטארקטיקה. אנו מודים Ratheon שירותי פולאר ומסוקים PHI לתמיכה לוגיסטית. Micrographs אור נוצרו במרכז של מיאמי על מיקרוסקופיה מתקדמים מרכז הדמיה. עבודה זו נתמכה על ידי משרד NSF מענקים של תוכניות פולאר 0631659 ו 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).
