水生生態系における有機炭素流の新しい経路を明らかにするトレーサーとしての蛍光標識細菌
Summary
ここでは、高精度かつ分類分解能で水生捕食真核生物の放牧率を定量化する単細胞、エピ蛍光顕微鏡ベースの技術のためのプロトコルです。
Abstract
捕食やその効果などの栄養相互作用を解明することは、生態学の多くの研究者にとって頻繁な作業です。微生物群相の研究には多くの制限があり、捕食者、獲物、捕食速度の決定はしばしば困難です。ここでは、蛍光標識された獲物をトレーサーとして添加することに基づいて最適化された方法であり、水生捕食真核生物における放牧率の信頼性の高い定量化と、より高い栄養レベルへの栄養移動の推定を可能にする。
Introduction
ヘテロ栄養原核生物は、水生系における重要な生物学的成分であり、プランクトンバイオマス1、2、3のかなりの部分を占める。その豊富さ、多様性、および活動を制御する要因は、生物地球化学的サイクリング(すなわち、有機炭素およびその他の栄養素の運命と原核生物から高い栄養レベルへのエネルギーの流れ)におけるその役割を理解するために重要です。原生動物の放牧は、これらの重要な要因の一つです。異種栄養性ナノフラグラテスおよび毛様体の細菌学は、原核生物の豊富さ、コミュニティ機能、構造、多様性、さらには特定の細菌群の細胞形態および増殖速度に対して強力なトップダウン制御を課す4、 5,6.いくつかのシステムでは、プロティストは細菌死亡率6、7の主な原因として機能します。
現在しばらく使用されている原生菌を評価するために使用される標準的なアプローチは、蛍光標識細菌(FLB)を獲物類似体および上蛍光顕微鏡として使用することを含む。細胞特異的取り込み速度は、選択した時間経過8にわたってプロテチスタン食品真空中の標識された獲物粒子の数を定量化することによって決定することができる。この方法にはいくつかの利点があります。トレーサーは、自然の捕食者と獲物の組み立てと自然なサンプルに追加されます。インキュベーションの前に最小サンプル操作、追加されたFLBトレーサーによる最小サンプル改変、およびインキュベーション時間は、その中で近い条件下で得られる音の結果を確実にするために短いです。あるいは、細菌性プロティストや動物プランクトンの数が少ない環境(例えば、沖合の海洋システム)では、低量(2%-3%トレーサー)でサンプルに添加されたFLBの消失率は、長期(12-24時間)のフローサイトメトリーを介して検出することができる。インキュベーション実験。次に、始点と終点におけるFLBの数(すべての細菌の影響を統合する)は、フローサイトメトリーによって定量される(詳細については、前の出版物9を参照)。しかし、このようなパラメータは、特定のプロチスタンおよび動物プランクトン放牧者群または種に直接起因することができない総集約細菌学率のみを表す。
全体的に、水生環境におけるプロテスタン種または形態型特異的細菌死亡率を正確かつ生態学的意味で定量化することは困難であり得る。一部のプロティストは選択的な放牧者であり、追加されたFLBトレーサーの大きさおよび細胞形状は、獲物摂取の自然な速度を歪める可能性がある10、11。さらに、プロティスタン活性と代謝は非常に温度感受性12である。したがって、追加されたFLBトレーサーの量は、個々のサンプルタイプごとに慎重に操作する必要があります(細菌の自然な豊富さ、大きさ、形態、細菌の種類だけでなく、温度にも基づいて)。ほとんどの研究は、バルクプロテスタン放牧活性に焦点を当てています。しかしながら、特定のプロテスタン種の細菌学は、多くの場合、はるかに高い情報値を保持し、好ましい場合があります。この場合、サンプル中に存在するプロチスト種の分類知識と、その挙動を理解する必要がある。したがって、特定のプロテスタン属または種に起因する細菌類の細菌学的割合に関する健全な結果を得るためには、かなりの時間と労力が必要である。
これらの困難にもかかわらず、このアプローチは、自然な設定で前腺細菌を評価するために現在利用可能な最も適切なツールのままです。ここでは、水生微生物生態学研究のトレーサーとしてFLBを使用するための包括的で簡単に従う方法です。アプローチの前述の問題のある側面のすべてを説明し、改善されたワークフローが説明され、対照的な環境からの2つの実験だけでなく、対照的なシリアート種を例として説明する。
最初のケーススタディは、チェコ共和国のメソトロフィック・ジモフ水溜所からエピリムネティック環境で行われ、ほとんどの表面淡水体に匹敵する放牧者と細菌の豊富さを示した(cf.5,7)。第2のケーススタディは、両方の放牧ミキシック性毛様の非常に高い数を有する水生肉食植物ウトリピア反射のトラップ内の非常に特異的な環境で行われた(テトラヒメナutriculariae)と細菌細胞。両方のサンプルタイプの細胞特異的放牧率と細菌スタンディングストックの計算が示されています。その後、結果の生態学的解釈の範囲が議論され、可能なフォローアップ研究の例が最終的に提案されます。
Protocol
Representative Results
Discussion
水生系における栄養相互作用の解読は、特にプロティストとその獲物である細菌を含むナノプランクトンスケールにおいて、常に28に挑戦している。栄養摂取経路と定量に関しては、生物学的相互作用の複雑さが高いため、より高い栄養レベルで正常に使用される方法の適用は不可能です。これらには、例えば、安定した同位板標識アプローチが含まれる。このプロトコル?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、K.Sh.とD.S.に授与された研究助成金13-00243Sと19-16554Sの下でチェコ科学財団によって支援されました。この記事はまた、欧州地域開発基金が出資する「ダム貯水池の水質改善ツールとしてのバイオマニピュレーション」(CZ.02.1.01/0.0.0.0/06_025/0007417)プロジェクトの支援を受けました。そして教育。
Materials
| 0.2-µm pore-size filters | SPI supplies, https://www.2spi.com/ | B0225-MB | Black, polycarbonate track etch membrane filters, diameter approprite for filtering apparatus used |
| 5-(4,6-dichlorotriazin-2-yl) aminofluorescein (DTAF) | Any brand | ||
| Automatic pipettes with adjustable volumes | Any brand, various sizes | ||
| Centrifuge | 22 000 x g | ||
| Cryovials | Any brand, 2 mL size | ||
| DAPI (4´,6-Diamidino-2´-phenylindole dihydrochloride) | Any brand | 1 mg ml-1 | |
| Epiflorescence microscope | Magnification from 400 x up to 1000 x | ||
| Filters appropriate for viewing in the DAPI and DTAF range | |||
| Counting grid in one of the oculars | |||
| Filtering apparatus | Usually with a diameter of 25 mm | ||
| Formaldehyde | A brand for microscopy | ||
| Glutaraldehyde | A brand for microscopy | ||
| Immersion oil for microscopy | Specific oil with low fluorescence | ||
| Lugol´s solution | Any brand or see comment | Make an alkaline Lugol' solution as follows: Solution 1 – dissolve 10 g of potassium iodide in 20 ml in MQ water, then add 5 g of iodine. Solution 2 – add 5 g of sodium acetate to 50 ml of MQ water. Add the solution 2 to the solution 1 and thoroughly mix | |
| Methanol stabilized formalin | Any brand available for microscopy purposes | ||
| Microscope slides and cover slips | Any brand produced for microscopy purposes | ||
| MQ water for diluting samples | Any brand |
||
| Phosphate-buffered saline (PBS; pH = 9) | Any brand | 0.05 M Na2HPO4-NaCl solution, adjusted to pH 9 | |
| PPi-saline buffer | Any brand | 0.02 M Na4P2O7-NaCl solution. Add 0.53 g Na4P2O7 to 100 ml of MQ water plus 0.85 g NaCl | |
| Sampling device | Appropriate for obtaining representative sample | e.g. Friedinger sampler for lake plankton | |
| Sodium thiosulfate solution | Any brand | 3% solution is used in the protocol | |
| Sonicator | Any brand | 30 W | |
| Vortex | Any brand allowing thorough mixing of the solutes and samples | ||
| Water bath | Any brand allowing temperature to be maintained at 60 °C |
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