Cyanobacteria nước đáy thuộc chi Nodularia không độc, không có bọng khí, có khả năng trượt và đa dạng gen hơn so với Nodularia phù du

Christina Lyra1, Maria Laamanen2, Jaana M. Lehtimäki1, Anu Surakka1, Kaarina Sivonen1
1Department of Applied Chemistry and Microbiology, PO Box 56, FIN-00014 University of Helsinki, Helsinki, Finland.
2Finnish Institute of Marine Research, PO Box 33, FIN-000931, Helsinki, Finland.

Tóm tắt

Sự đa dạng và các đặc điểm sinh thái của cyanobacteria thuộc chi Nodularia từ các môi trường đáy, periphytic và đất ít được biết đến hơn so với các loài Nodularia từ môi trường phù du. Các chủng Nodularia mới đã được phân lập từ biển Baltic và hình thái, sự hiện diện của bọng khí, sản xuất nodularin, khả năng trượt, trình tự gen 16S rRNA, gen rpoB, rbcLXndaF, cũng như các vùng gvpA-IGS được khảo sát, cùng với dấu vân tay trình tự lặp lại ngắn. Các chủng này được xác định là Nodularia spumigena, Nodularia sphaerocarpa hoặc Nodularia harveyana dựa trên kích thước và hình dạng của các loại tế bào khác nhau cũng như sự có mặt hoặc vắng mặt của bọng khí. Các chủng phù du của N. spumigena chủ yếu có bọng khí và sản xuất nodularin, trong khi các chủng đáy của N. sphaerocarpaN. harveyana không có bọng khí và không sản xuất nodularin (trừ chủng PCC 7804). Các chủng đáy cũng có khả năng trượt trên bề mặt. Trong các phân tích gen, N. spumigena phù du và N. sphaerocarpa đáy tạo thành các cụm đơn ngành, nhưng các cụm này có mối quan hệ rất gần gũi. Các chủng đáy được xác định là N. harveyana tạo thành nhóm có đa dạng và khoảng cách nhất trong các chủng. Ngoài các phân tích filogenetic, việc thiếu vùng gvpA-IGS và ndaF trong N. sphaerocarpaN. harveyana phân biệt các loài này với N. spumigena phù du. Do đó, ndaF có thể được xem như một công cụ chẩn đoán tiềm năng để phát hiện và định lượng các chủng gây ra nở hoa, sản xuất nodularin của N. spumigena ở biển Baltic. Dữ liệu xác nhận rằng chỉ có một loài phù du phân loại hình thái và gen rõ ràng là N. spumigena, và ít nhất hai loài đáy, N. sphaerocarpaN. harveyana, tồn tại ở biển Baltic.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

An, 1994, Use of a colorimetric protein phosphatase inhibition assay and enzyme linked immunosorbent assay for the study of microcystins and nodularins, Toxicon, 32, 1495, 10.1016/0041-0101(94)90308-5

Barker, 1999, A molecular and phenotypic analysis of Nodularia (Cyanobacteria) from the Baltic Sea, J Phycol, 35, 931, 10.1046/j.1529-8817.1999.3550931.x

Barker, 2000, Allele-specific PCR shows that genetic exchange occurs among genetically diverse Nodularia (Cyanobacteria) filaments in the Baltic Sea, Microbiology, 146, 2865, 10.1099/00221287-146-11-2865

Beattie, 2000, The cyanobacterium Nodularia PCC 7804, of freshwater origin, produces [L-Har2]nodularin, Phytochemistry, 54, 57, 10.1016/S0031-9422(00)00045-5

Bolch, 1999, Genetic, morphological, and toxicological variation among globally distributed strains of Nodularia (Cyanobacteria), J Phycol, 35, 339, 10.1046/j.1529-8817.1999.3520339.x

Bonfield, 2002, Trev: a DNA trace editor and viewer, Bioinformatics, 18, 194, 10.1093/bioinformatics/18.1.194

Bornet, 1886, Revision des Nostocacées hétérocystées, Ann Sci Nat Bot, 7, 177

Cohan, 2002, What are bacterial species?, Annu Rev Microbiol, 56, 457, 10.1146/annurev.micro.56.012302.160634

Damerval, 1989, Occurrence and distribution of gas vesicle genes among cyanobacteria, J Bacteriol, 171, 1445, 10.1128/JB.171.3.1445-1452.1989

del Carmen Pérez, 1999, A bloom of Nodularia baltica-spumigena group (Cyanobacteria) in a shallow coastal lagoon of Uruguay, South America, Algol Stud, 93, 91

Edwards, 1989, Isolation and direct complete determination of entire genes. Characterization of a gene coding for 16S ribosomal RNA, Nucleic Acids Res, 17, 7843, 10.1093/nar/17.19.7843

Engström-Öst, 2002, Effects of toxic cyanobacteria on a plankton assemblage: community development during decay of Nodularia spumigena, Mar Ecol Prog Ser, 232, 1, 10.3354/meps232001

Fastner, 1998, Optimised extraction of microcystins from field samples – a comparison of different solvents and procedures, Water Res, 32, 3177, 10.1016/S0043-1354(98)00073-6

Felsenstein, 1993, phylip (phylogenetic inference package), version 3.5c

Gugger, 2002, Phylogenetic comparison of the cyanobacterial genera Anabaena and Aphanizomenon, Int J Syst Evol Microbiol, 52, 1867

Gupta, 2000a, The natural evolutionary relationships among prokaryotes, Crit Rev Microbiol, 26, 111, 10.1080/10408410091154219

Gupta, 2000b, The phylogeny of proteobacteria: relationships to other eubacterial phyla and eukaryotes, FEMS Microbiol Rev, 24, 367, 10.1111/j.1574-6976.2000.tb00547.x

Hall, 1999, bioedit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT, Nucleic Acids Symp Ser, 41, 95

Harding, 1995, Death of a dog attributed to the cyanobacterial (blue-green algal) hepatotoxin nodularin in South Africa, J S Afr Vet Assoc, 66, 256

Hindák, 2003, Nodularia moravica spec. nova, a new benthic freshwater nostocalean species (Cyanophyta/Cyanobacteria/Cyanoprokaryota, Algol Stud, 109, 241

Iteman, 2002, rDNA analyses of planktonic heterocytous cyanobacteria, including members of the genera Anabaenopsis and Cyanospira, Microbiology, 148, 481, 10.1099/00221287-148-2-481

Komárek, 1993, The Nodularia studies 2 Taxonomy, Algol Stud, 68, 1

Korber, 2001, HIV signature and sequence variation analysis, In Computational Analysis of HIV Molecular Sequences, 55

Koski, 2002, Calanoid copepods feed and produce eggs in the presence of toxic cyanobacteria Nodularia spumigena, Limnol Oceanogr, 47, 878, 10.4319/lo.2002.47.3.0878

Laamanen, 2001, Diversity of toxic and nontoxic Nodularia isolates (Cyanobacteria) and filaments from the Baltic Sea, Appl Environ Microbiol, 67, 4638, 10.1128/AEM.67.10.4638-4647.2001

Laamanen, 2002, Diversity of Aphanizomenon flos-aquae (cyanobacterium) populations along a Baltic Sea salinity gradient, Appl Environ Microbiol, 68, 5296, 10.1128/AEM.68.11.5296-5303.2002

Lachance, 1981, Genetic relatedness of heterocystous cyanobacteria by deoxyribonucleic acid-deoxyribonucleic acid reassociation, Int J Syst Bacteriol, 31, 139, 10.1099/00207713-31-2-139

Lampert, 1981, Inhibitory and toxic effects of blue-green algae on Daphnia, Int Rev Gesamt Hydrobiol, 66, 285, 10.1002/iroh.19810660302

Lehtimäki, 1994, The effects of incubation time, temperature, light, salinity, and phosphorous on growth and hepatotoxin production by Nodularia strains, Arch Hydrobiol, 130, 269, 10.1127/archiv-hydrobiol/130/1994/269

Lehtimäki, 2000, Characterization of Nodularia strains, cyanobacteria from brackish waters, by genotypic and phenotypic methods, Int J Syst Evol Microbiol, 50, 1043, 10.1099/00207713-50-3-1043

Lepère, 2000, Molecular diversity of Microcystis strains (Cyanophyceae, Chroococcales) based on 16S rDNA sequences, Syst Geogr Plants, 70, 275, 10.2307/3668646

Ludwig, 2004, arb: a software environment for sequence data, Nucleic Acids Res, 32, 1363, 10.1093/nar/gkh293

McBride, 2001, Bacterial gliding motility: multiple mechanisms for cell movement over surfaces, Annu Rev Microbiol, 55, 49, 10.1146/annurev.micro.55.1.49

Moffitt, 2001, On the presence of peptide synthetase and polyketide synthase genes in the cyanobacterial genus Nodularia, FEMS Microbiol Lett, 196, 207, 10.1111/j.1574-6968.2001.tb10566.x

Moffitt, 2001, rRNA sequences reflect the ecophysiology and define the toxic cyanobacteria of the genus Nodularia, Int J Syst Evol Microbiol, 51, 505, 10.1099/00207713-51-2-505

Nordin, 1980, Taxonomic revision of Nodularia (Cyanophyceae/Cyanobacteria), Can J Bot, 58, 1211, 10.1139/b80-151

Palenik, 1996, Cyanobacterial evolution and prochlorophyte diversity as seen in DNA-dependent RNA polymerase gene sequences, J Phycol, 32, 638, 10.1111/j.0022-3646.1996.00638.x

Palys, 1997, Discovery and classification of ecological diversity in the bacterial world: the role of DNA sequence data, Int J Syst Bacteriol, 47, 1145, 10.1099/00207713-47-4-1145

Pushparaj, 1999, Toxicological analysis of the marine cyanobacterium Nodularia harveyana, J Appl Phycol, 10, 527, 10.1023/A:1008080615337

Rajaniemi, 2005, Phylogenetic and morphological evaluation of the genera Anabaena , Aphanizomenon , Trichormus and Nostoc (Nostocales, Cyanobacteria), Int J Syst Evol Microbiol, 55, 11, 10.1099/ijs.0.63276-0

Rantala, 2004, Phylogenetic evidence for the early evolution of microcystin synthesis, Proc Natl Acad Sci U S A, 101, 568, 10.1073/pnas.0304489101

Rasmussen, 1998, Fingerprinting of cyanobacteria based on PCR with primers derived from short and long tandemly repeated repetitive sequences, Appl Environ Microbiol, 64, 265, 10.1128/AEM.64.1.265-272.1998

Rippka, 1979, Generic assignments, strain histories and properties of pure cultures of cyanobacteria, J Gen Microbiol, 111, 1

Rippka, 2001, Form-genus VII. Nodularia Mertens 1822, In Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, vol, 574

Rocap, 2003, Genome divergence in two Prochlorococcus ecotypes reflects oceanic niche differentiation, Nature, 424, 1042, 10.1038/nature01947

Rosselló-Mora, 2001, The species concept for prokaryotes, FEMS Microbiol Rev, 25, 39, 10.1016/S0168-6445(00)00040-1

Rouhiainen, 1995, Characterization of toxin-producing cyanobacteria by using an oligonucleotide probe containing a tandemly repeated heptamer, J Bacteriol, 177, 6021, 10.1128/JB.177.20.6021-6026.1995

Rudi, 1998, Evolution of cyanobacteria by exchange of genetic material among phyletically related strains, J Bacteriol, 180, 3453, 10.1128/JB.180.13.3453-3461.1998

Sivonen, 1989, Occurrence of the hepatotoxic cyanobacterium Nodularia spumigena in the Baltic Sea and structure of the toxin, Appl Environ Microbiol, 55, 1990, 10.1128/AEM.55.8.1990-1995.1989

Stackebrandt, 1994, Taxonomic note: a place for DNA-DNA reassociation and 16S rRNA sequence analysis in the present species definition in bacteriology, Int J Syst Bacteriol, 44, 846, 10.1099/00207713-44-4-846

Stackebrandt, 2002, Report of the ad hoc committee for the re-evaluation of the species definition in bacteriology, Int J Syst Evol Microbiol, 52, 1043

Staden, 2003, Managing Sequencing Projects in the GAP4 Environment. Introduction to Bioinformatics. A Theoretical and Practical Approach

Swofford, 2001, paup*: Phylogenetic Analysis Using Parsimony (*and other methods), version 4.0b8

Thomson, 2003, Fitting the niche by genomic adaptation, Nat Rev Microbiol, 1, 92, 10.1038/nrmicro756

Tillet, 2001, Detection of toxigenicity by a probe for the microcystin synthetase A gene ( mcyA ) of the cyanobacterial genus Microcystis : comparison of toxicities with 16S rRNA and phycocyanin operon (phycocyanin intergenic spacer) phylogenies, Appl Environ Microbiol, 67, 2810, 10.1128/AEM.67.6.2810-2818.2001

Vaitomaa, 2003, Quantitative real-time PCR for determination of microcystin synthetase E copy numbers for Microcystis and Anabaena in lakes, Appl Environ Microbiol, 69, 7289, 10.1128/AEM.69.12.7289-7297.2003

Wayne, 1987, International Committee on Systematic Bacteriology. Report of the ad hoc committee on reconciliation of approaches to bacterial systematics, Int J Syst Bacteriol, 37, 463, 10.1099/00207713-37-4-463

Wilson, 2000, Molecular characterization of the toxic cyanobacterium Cylindrospermopsis raciborskii and design of a species-specific PCR, Appl Environ Microbiol, 66, 332, 10.1128/AEM.66.1.332-338.2000

Woese, 2000, Interpreting the universal phylogenetic tree, Proc Natl Acad Sci U S A, 97, 8392, 10.1073/pnas.97.15.8392