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Cianobacterias en la Bahía de Mayagüez : Abundancia,
distribución y su relación con laspropiedades bio-ópticas
Yvette Ludeña Hinojosa
Universidad de Puerto Rico-Recinto Mayagüez
Departamento de Biología
BAHÍA DE MAYAGÜEZ
Ubicada al Oeste de Puerto Rico
Cubre 47Km2 de un total de 100Km2 del complejoBahía Mayagüez-Añasco
AAA
PROPIEDADES BIO-ÓPTICAS
Coeficiente de absorción (a)Coeficiente de dispersión (b)Coeficiente de retrodispersión (bb)Coeficiente de atenuación (c)
Propiedades ópticas inherentes
Propiedades ópticas aparentes
Coeficiente de atenuación difusa (Kd)
PROPIEDADES BIO-ÓPTICAS
Coeficiente de absorción(a)
Coeficiente de dispersión(b)
Coeficiente de atenuaciónc = a + b
LUZ INCIDENTE
Coeficiente de retrodispersión (bb)Fotones dispersados en dirección contraria a la direcciónde la luz
Coeficiente de atenuacion difusa de la luz (Kd)Sus valores dependen de las propiedades ópticasinherentes
Partículassuspendidas
Luz incidente
Agua bb
CIANOBACTERIAS
Parte importante del fitoplancton.
Tienen Clorofila-a como pigmento principal.
Clorofila-a tiene pico de absorción a 440 y 680nm.
Vesículas de GasRegulan su flotabilidad
Estructura
HeterocistoSitio único para la fijación de nitrógeno
cont. Cianobacteria
OBJETIVOS
Determinar la abundancia de Cianobacterias en la Bahía de Mayagüez y establecer su relación espacial y temporal con las propiedades bio-ópticas.
Medir las propiedades ópticas aparentes e inherentes en la Bahía de Mayagüez.
Determinar la relación entre la densidad de Cianobacterias y la concentración de clorofila-a.
Caracterizar la estructura de la comunidad de Cianobacterias mediante la construcción y análisis de librería de clones y restricción de polimorfismo de la longitud del fragmento terminal (T-RFLP) del 16S DNA ribosomal de cianobacterias.
AREA DE ESTUDIO
Julio-diciembre 2005
Seis estaciones de muestreo
A1, AAA, G1 y Y1= costerasA2 y G2= oceánicas
Plan de muestreo
Cianobacteria y Clorofila-a
Muestras de agua
Conteo Cianobacteria en Sedgwick Rafter
Abundancia de Cianobacteria (cel/ml)
Filtrar 250ml (Bomba al vacío) en whatman
GF/F de 0.7μm
Lectura de Clorofila-a (μg/L) en fluorómetro TD-700-Turner
Filtrar 7 litros de agua en filtro de 20μm
Fijar con 4% de glutaraldehido Extracción clorofila-a con 10ml
de metanol 100%
Incubar a 4ºC por un máximo de 24h
Propiedades Bio-ópticas
Absorción y atenuación
412, 440,488, 676nm
Retrodispersión
442,470,671nm
ProfundidadIrradianza
412,443,491,684nm
ROSETA BIO-ÓPTICA
Coeficiente de atenuación difusa (Kd)1 Ed
Kd = ------------ ln -------------z1 - z2 Ed (z2)
Donde: Ed = irradianza Se calculó a 412, 443, 491 y 684nmz1y z2 = profundidad
ANOVA para comparar la variación de la abundancia de cianobacterias y las propiedades bio-ópticas.Correlación de Pearson: Cianobacterias y propiedadesbio-ópticas.Índice de Similitud de Bray Curtis
ANÁLISIS DE DATOS
Estructura de la comunidad de CianobacteriasMuestra de agua
Filtrar 1L en membrana estéril de 0.2 μm
Extracción de ADN
PCR del 16S rDNA de cianobacterias
Clonación del 16SrDNA en vector pGEM
Secuenciación de clones
Árbol filogenético (MEGA 3.1)OTUs, Indice de diversidad
(DOTUR), (%)Cobertura
PCR del 16S rDNA-iniciadormarcado con IRDye-700
Digestión con HaeIII, MspI, RsaI
Visualizar T-RFs con AnalizadorNEN®DNA LI-COR
Análisis de Correspondencia
T-RFLP Librería clones: AAA, G2
Análisis en Gel Pro Analyzer
PCR de clones
0
100
200
300
400
500
600
Julio Agosto Septiembre Octubre Diciembre
Meses
Fito
plan
cton
(cel
/ml)
Cianobacteria Ochrophyta Pyrrophyta Chlorophyta
Abundancia de Cianobacterias
GRUPO PORCENTAJE (%)
Ochrophyta (diatomeas)
83.4
Cianobacteria 3.6
Pyrrophyta 8.4
Chlorophyta 4.5
Total 99.9
0
5
10
15
20
25
A1 A2 AAA G1 G2 Y1
Estaciones
Cia
noba
cter
ias
(cel
/ml)
Julio Agosto Septiembre Octubre Diciembre
Cianobacteria
Variación de la abundancia de Cianobacterias a nivelespacial
12
34
67
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9 1
Similarity
G1
A1
Y1
AAA
A2
G2
100
68
7268
68
5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Similitud
Trichodesmiummás abundante
Dendrograma de la abundancia de Cianobacteriasconstruida por el coeficiente de Bray Curtis
I
II
0
20
40
60
80
100
120
140
160
A1 A2 AAA G1 G2 Y1
Estaciones
Dia
tom
eas
(cel
/ml)
Julio Agosto Septiembre Octubre Diciembre
Diatomeas
Abundancia de diatomeas
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
A1 A2 AAA G1 G2 Y1
Estaciones
Clo
rofil
a-a
(μg/
L)
Julio Agosto Septiembre Octubre Diciembre
Clorofila-a
Variables r p<0.05Cianobacterias - Chl-aDiatomeas - Chl-aOtros - Chl-a
-0.260.570.19
0.04<0.001
0.06Total Fitoplancton - Chl-a 0.71 <0.001
Concentración de Clorofila-a
Coeficiente de absorción
Profundidad: Diciembre
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
412 440 488 676
Longitud de onda (nm)
Coe
ficie
nte
de a
bsor
ción
(m-1
)
Superficie:Agosto
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
412 440 488 676
Coe
ficie
nte
de a
tenu
ació
n (m
-1)
A1
A2
AAA
G1
G2
Y1
Profundidad:Diciembre
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
412 440 488 676
Longitud de onda (nm)
Coe
ficie
nte
de a
tenu
ació
n (m
-1)
Coeficiente de atenuaciónSuperficie: Agosto
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
412 440 488 676
Coe
ficie
nte
de a
bsor
ción
(m-1
)
A1
A2AAA
G1
G2Y1
Superficie
Profundidad
Variables r p<0.05
Cianobacteria – a 440 nmCianobacteria – a 676 nmCianobacteria – c 440 nmCianobacteria – c 676 nm
-0.24-0.22-0.38-0. 38
<0.001<0.001<0.001<0.001
Variables r p<0.05
Diatomeas – a 440 nmDiatomeas – a 676 nmDiatomeas – c 440 nmDiatomeas – c 676 nm
0.430.430.440.44
<0.001<0.001<0.001<0.001
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Log(Cianobacteria+1)(cel/ml)
Log(
a440
nm+1
)(m-1
)
r =- 0.24
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Log (diatomeas+1)(ug/L)
Log(
a440
nm+1
) (m
-1)
r = 0.43
Correlación Pearson: Cianobacterias, diatomeas con propiedades bio-ópticas
Coeficiente de retrodispersión
Superficie: Agosto
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
442 470 671
Longitud de onda (nm)
Coe
ficie
nte
de re
trod
ispe
rsió
n (m
-1)
A1
A2
AAA
G1
G2
Y1
Profundidad:Agosto
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
442 470 671
Longitud de onda (nm)
Coe
ficie
nte
de re
trod
ispe
rsio
n (m
-1)
Variables r p<0.05
Cianobacteria – bb442 nm Cianobacteria – bb681 nmDiatomeas – bb442 nmDiatomeas – bb681 nm
-0.19-0.130.280.28
0.150.310.030.03
Coeficiente de atenuación difusa (Kd)Julio
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
412 443 491 684
Kd
(m-1
)Agosto
412 443 491 684
Kd (m
-1)
A1A2AAAG1G2Y1
Septiembre
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
412 443 491 684
Kd
(m-1
)
Octubre
412 443 491 684
Kd
(m-1
)Diciembre
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
412 443 491 684
Longitud de onda (nm)
Kd (m
-1)
Cambios en la comunidad de cianobacterias en octubre mediante T-RFLP
MPM700650
600565530500495460
400364350
300
255
204200
145
100
50
G1G2 A1A2AAAY1 G1G2 A2AAAY1A1 G1G2 AAAA1 A2 Y1
HaeIII RsaI MspI
pb
T-RF
Análisis de correspondencia: Estructura de la comunidadde Cianobacteria mediante T-RFLP
G1-aG2-aA1-a
A2-a
AAA-aY1-a
G1-sG2-s
A1 -s
A2-sAAA- sY1-s
G1-o G2-oA1-o
A2-oAAA-o
Y1-o
G1-dG2-d
A1-dA2-d
AAA-d
Y1-d
-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
I
IIIIV
Eje (16%)
Eje
13(%
)
II
t-RFs únicos
t-RFs únicos
t-RFs comunes10
12
4
a=agostos=septiembreo=octubred=diciembre
Árbol filogenético de la librería de clones del 16 rDNA de la comunidad de cianobacterias en la AAA y G2
MG15 (20/28)Synechococcus sp- WH 8012MAAA24 (15/25)Synechococcus sp- str- CC905MAAA12 (6/25)Synechococcus sp- str- WH 8016MAAA11 (1/25)Synechococcus sp- str- CC905
MG5 (7/28)MG19 (1/28)
Synechococcus sp- CC9311Synechococcus sp- str- CC902
Synechococcus sp- str- WH 7803Synechococcus sp- str- Dim
MAAA25 (1/25)Synechococcus sp- str- RS99Merismopedia tenuissima
Phormidium sp-Lyngbya sp-strain PCC 7419
Phormidium sp- MBIC10070Phormidium sp- MBIC10003
Lyngbya majuscula HECTLyngbya bouillonii
Chroococcus turgidusOscillatoria sp
Merismopedia glaucaOscillatoria acuminata
Phormidium sp- DVL1003Trichodesmium tenueOscillatoria sancta
Trichodesmium hildebrandtiiTrichodesmium erythraeumTrichodesmium sp-
53
77
85
72
48
42
100
100
63
43
100
100
100
99
46
29
25
22
9
21
47
0.01
Librería clones
OTUs ShannonWeiner (H)
Simpson´s(1/D)
Jaccard Schao
MAAAMG2
5(25)3(28)
1.10.7
0.40.5
7.04.0
5.53.0
Análisis de Cobertura e Índice de diversidad de librería de clones en las estaciones AAA y G2
MAAA
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0
Tamaño de la librería
Cob
ertu
ra
MG2
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0
Tamaño de la librería
Cob
ertu
ra
92% 96%
CONCLUSIONESLas Cianobacterias fue el grupo menos abundante en la Bahía de Mayagüez durante el periodo de estudio y representó únicamente 3.6% del total de fitoplancton.
La abundancia de Cianobacterias es igual a nivel de superficie yprofundidad, la misma se ve afectada por la descarga de los ríos Añasco, Guanajibo y Yagüez, y por la resuspensión de sedimentos; especialmente en las estaciones costeras.
El grupo más abundante en la Bahía durante el periodo de estudio fueron las diatomeas y representó 83.4% del total del fitoplancton.
La clorofila-a tuvo variaciones a nivel espacial y temporal. Su mayor concentración fue en las estaciones costeras donde las diatomeas fueron abundantes.
La relación entre Cianobacterias y el coeficiente de absorción, atenuación y retrodispersión fueron negativas. Aunque son conocidas que tienen un rol importante en las propiedades ópticas de muchos ambientes marinos, no fueron determinantes de las propiedades bio-ópticas en la Bahía de Mayagüez
…….cont. .cont. conclusionesconclusiones
La relación entre diatomeas y el coeficiente de absorción, atenuación y retrodispersión fueron positivas. Lo que demuestra que contribuye a la variabilidad de las propiedades bio-ópticas en la Bahía de Mayagüez debido a su foto-adaptación en respuesta a cambios en la disponibilidad de la luz.
Se observó mas evidencia de la variación a nivel temporal y espacial de la comunidad de Cianobacterias mediante t-RFLP.
Librería de clones reveló que Synechococcus es un grupo dominante en las estaciones G2 y AAA de la Bahía de Mayagüez.
AGRADECIMIENTOS
Al Departamento de Biología de la UPRM por brindarme la oportunidad de seguir estudios de Maestría y por su apoyo como Asistente de Cátedra.
A mi Director de Tesis, Dr. Fernando Gilbes por su guía y consejos para concluir éste trabajo y por su confianza en formar parte de su equipo de investigación.
A los miembros del Comité Graduado, Drs. Arturo Massol y Rafael Montalvo por la revisión del manuscrito.
Al Dr. Arturo Massol, por las facilidades en el uso de materiales y equipos del Laboratorio de Ecología Microbiana, por sus valiosas sugerencias y aporte durante el desarrollo de este trabajo.
A NOAA-CREST, por la subvención para la ejecución de esta investigación.
…Cont. agradecimientos
A Patrik Reyes por su colaboración en la toma de muestras y a Vilmaliz Rodriguez por el procesamiento de datos de la Roseta Bio-óptica.
A MSc. Gladys Toro y Enid Rodríguez, por sus enseñanzas y consejos en las técnicas de Biología Molecular
A mis compañeros del Laboratorio de Ecología Microbiana
A todos mis amigos, Diana, Paola, Ana, Milena, Victor, Fransisco, Edward, Rogelinda, Sonia, Luis, Gina, Alejandro; por ser parte importante de mi estadía en Puerto Rico, por su cariño y por todo el apoyo brindado…Gracias por estar ahí!.
A mi madre…mi angel, a mi familia y a Eric, por enseñarme que la perseverancia y el esfuerzo son el camino para lograr objetivos.