The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Norwegian was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
Department of Microbiology, Miami University
This article is a part of JoVE General. If you think this article would be useful for your research, please recommend JoVE to your institution's librarian.
Recommend JoVE to Your LibrarianCurrent Access Through Your IP Address
Current Access Through Your Registered Email Address
Dolhi, J. M., Ketchum, N., Morgan-Kiss, R. M. Establishment of Microbial Eukaryotic Enrichment Cultures from a Chemically Stratified Antarctic Lake and Assessment of Carbon Fixation Potential. J. Vis. Exp. (62), e3992, doi:10.3791/3992 (2012).
Lake Bonney er en av utallige permanent islagte innsjøer som ligger i McMurdo Dry Valleys i Antarktis. Den flerårige isen opprettholder en kjemisk stratifisert vannsøylen og i motsetning til andre innlandet vannforekomster, hovedsakelig hindrer ekstern tilførsel av karbon og næringsstoffer fra bekker. Biota er utsatt for en rekke miljømessige belastninger, blant annet helårs alvorlig næringsmangel, lave temperaturer, ekstrem skygge, hypersalinity, og 24-timers mørke vinteren en. Disse ekstreme miljøforhold begrense biota i Lake Bonney nesten utelukkende til mikroorganismer to.
Encellede mikrobielle eukaryoter (kalt "protister") er viktige aktører i biogeokjemiske sykler tre og spiller viktige økologiske roller i sykling av karbon i de tørre dalen innsjøer, opptar både grunnskoler og videregående roller i akvatisk næringskjeden. I de tørre dalen akvatiske næringskjeden, protister som løser jegnorganic karbon (autotrophy) er de største produsentene av organisk karbon for organotrophic organismer 4, 2. Phagotrophic eller heterotrofe protister stand til inntak bakterier og mindre protister opptre som toppredatorer i næringskjeden 5. Sist, er en ukjent andel av protist befolkningen i stand til kombinerte mixotrophic metabolisme 6, 7. Mixotrophy i protister innebærer evnen til å kombinere fotosyntetiske evne med phagotrophic inntak av byttedyr mikroorganismer. Denne formen for mixotrophy forskjellig fra mixotrophic metabolisme i bakterielle arter, noe som vanligvis innebærer opptak oppløste karbon molekyler. Det er for tiden svært få protist isolater fra permanent is-capped polare innsjøer, og studier av protist mangfold og økologi i dette ekstreme miljøet har vært åtte begrenset, 4, 9, 10, 5. En bedre forståelse av protist metabolsk allsidighet i det enkle tørre dalen innsjø næringskjeden vil hjelpemiddel i utvikling av modeller for role av protister i den globale karbonsyklusen.
Vi ansatt en berikelse kultur tilnærming for å isolere potensielt phototrophic og mixotrophic protister fra Lake Bonney. Prøvetaking dyp i vannsøylen ble valgt basert på plasseringen av primærproduksjonen maxima og protist fylogenetisk fire mangfold, 11, samt variasjon i viktige abiotiske faktorer som påvirker protist trofiske moduser: grunt prøvetaking dyp er begrenset for store næringsstoffer, mens dypere prøvetaking dybder er begrenset av lys tilgjengelighet. I tillegg ble innsjø vannprøver supplert med flere typer vekstmedier for å fremme veksten av en rekke phototrophic organismer.
RubisCO katalyserer det hastighetsbegrensende trinnet i Calvin Benson Bassham (CBB) syklus, den viktigste veien der autotrophic organismer fikse uorganisk karbon og gi organisk karbon for høyere trofiske nivåer i akvatiske og terrestriske næringskjeder 12. I denne studien, we brukte et radioisotop analysen modifisert for filtrerte prøver 13 til overvåke maksimalt carboxylase aktivitet som en proxy for karbon fiksering potensial og metabolsk allsidighet i Lake Bonney berikelse kulturer.
1. Eksempel Oppkjøp
2. Development av berikelse kulturer
3. Cell lysate Utvinning fra Filtrert enrichments
4. RubisCO Carboxylase Aktivitet Filter Assay
5. Representative Resultater
Vi utnyttet berikelse dyrkning å isolere kaldt tilpasset phototrophic og mixotrophic protister bosatt i Antarktis LÅke Bonney. For å fange et større mangfold av organismer, testet vi tre vekstmedier typer: Fet s Basal Medium (BBM) 15, F/2-Si Marine 16 Medium, 17 og BG11 Medium 18. Visuell inspeksjon av berikelse kulturer ved lysmikroskopi avslørte at kulturene ble dominert av phototrophic protister (indikert ved tilstedeværelsen av klorofyll pigment i de fleste celler) og næret en rekke celle morfologi avhengig av prøvetaking dybden hvorfra podestoff ble tatt og medietype som brukes i kulturen (Fig. 1).
Vi målte maksimalsatser for carboxylase aktivitet katalysert av enzymet RubisCO som en proxy for CO fiksering potensial. CHL en overflod ble også overvåket som et estimat phototrophic protist biomasse (Fig. 2). Til tross for dyrking av alle kulturer under samme temperatur / lys regime (dvs. 4 ° C/20 mikromol m -2 s -1), karbon fiksering potensiellog phototrophic biomasse variert dramatisk mellom berikelse kulturer. Maksimum RubisCO aktivitet ble observert i berikelse kulturer vokser i enten BBM (enrichments 4 og 6) eller BG11 (enrichments 13 og 14) vekstmedier, mens kulturer beriket på F / 2 vekst medium (19 enrichments, 21, 23) viste en 4 - til 34 ganger lavere maksimal carboxylase aktiviteter. Disse forskjellene var ikke på grunn av lavere biomasse i F / 2 kulturer, som carboxylase aktivitet ble uttrykt på en CHL en basis. Dessuten gjorde RubisCO aktivitet ikke korrelerer med CHL en konsentrasjon (r = -0,023, p> 0,1;. Fig. 2, innfelt). De BBM kulturer inokulert med lake vann fra 6 m og 15 m (enrichments 4 og 5) hadde den høyeste CHL noen nivåer, mens alle andre kulturer utstilt relativt lav CHL en, uavhengig av RubisCO enzymaktivitet (Fig. 2).

Figur 1.Representative mikrobielle eukaryote berikelse kulturer som har valgt for veksten av forskjellige organismer. Identitet av kulturen er gitt i nedre venstre panelene. Alle bilder representerer lys mikrografer generert ved hjelp av olje nedsenking på 1000x forstørrelse.

Figur 2. Potensiell karbon fiksering kapasitet og uttrekkbar klorofyll a nivået i Antarktis mikrobielle eukaryote berikelse kulturer isolert fra Lake Bonney og dyrket på ulike dyrkningsmedier. Se tabell 1 for kultur detaljer Innfelt:. Pearson korrelasjon mellom klorofyll en overflod og bundet karbon potensial i Antarktis mikrobielle eukaryote berikelse kulturer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Nyere molekylære studier har rapportert høy diversitet av encellede eukaryote tvers av en rekke tre miljøer, 19, 20, men på grunn av mangel på isolater over hele spekteret av protist habitater de funksjonelle roller disse individuelle arter i næringskjeder i stor grad ukjent. I denne studien har vi beskrevet metoder for å berike for mikrobielle eukaryote arter stiller metabolsk allsidighet fra en relativt undersampled miljø, en permanent islagte Antarktis innsjø. Kulturer beriket fra ulike prøvetaking dybder i Lake Bonney utstilt differensiallikninger bundet karbon priser som var veksten medium-avhengig. For eksempel reflekterer lav karbon fiksering potensial i kulturer beriket i F / 2 versus BBM eller BG 11 vekstmedier sannsynlig forskjeller i protist mangfold og metabolsk kapasitet. BBM vekst medium velger for grønne alger arter (eller chlorophytes) og våre kulturer synes å være en monokultur av en grønn alge arter (Fig.1A, B). Disse organismene er kjent for å i stor grad avhenge photoautotrophy. Ett isolat fra Lake Bonney utstillinger ren photoautotrophic metabolisme, ha en streng krav til lys som eneste energikilde en. I kontrast er F / 2 vekstmediet laget for å berike for et bredt spekter av marine protister, inkludert potensielt mixotrophic organismer 12. Selv om vi ikke fullt ut utforske mangfoldet av F / 2 kulturer, mikroskopiske utsikt over disse enrichments viser tydelig et konsortium av protister av ulike celle morfologi (Fig. 1C, D). Dermed reduseres RubisCO aktivitet i F / 2 kulturer kan skyldes utnyttelse av alternative karbon / energi oppkjøp moduser. Til støtte for denne spådommen, rene kulturer av photoautotrophic Antarktis isolatene viser signifikant høyere maksimal RubisCO carboxylase priser sammenlignet med Antarktis isolerer at utstillingen mixotrophy (Dolhi & Morgan-Kiss, upubliserte resultater). Nærmere studier av heterotrofe EnzYme aktivitet i disse prøvene vil bidra til å fullt ut karakterisere den metabolske allsidigheten av protist berikelse kulturer og er for tiden i gang i vårt laboratorium. I tillegg vil de fysiologiske data som er beskrevet i denne artikkelen suppleres med fylogenetisk og metagenomic sekvensering informasjon som en del av et stort sekvensering innsats for å karakterisere mikrobielle samfunn over hele kloden kalt jorda microbiome Project ( http://www.earthmicrobiome.org/~~V ) .
Den modifiserte filteret analysen beskrevet i denne rapporten kan også brukes til celle lysate hentet fra filtrerte innsjøen vannprøver. Men for nye anvendelser av denne analysen, bør optimal lysate volum bestemmes ved å analysere tre forskjellige volumer og bruke det som gir kpm minst 3 til 4 ganger over de negative kontrollene. Analyser av karbon fiksering potensial i forbindelse med enzymatiske analyser av heterotrofe aktiviteterty i naturlige protist samfunn ville gi en mer detaljert visning av rollen protist trofisk evne og karbon sykling i akvatiske miljøer. Vi er for tiden søker denne tilnærmingen for å forstå den rollen abiotiske miljøfaktorer i protist metabolsk allsidighet i Lake Bonney og andre antarktiske innsjøene. Den RubisCO carboxylase filteret analysen metoden vil være et verdifullt verktøy for å studere potensialet karbon fiksering og metabolsk allsidighet i småskala berikelse kulturer så vel som hele innsjøen systemer.
Før utviklingen av dyrkingsmetoder uavhengige molekylære verktøy, ble protister tradisjonelt identifisert ved dyrking og taksonomisk klassifisert basert på deres cellemorfologi. Dermed er det en lang historie av berikelse og isolering av protister bosatt i et bredt spekter av habitater. Tidlige undersøkelser særlig er historisk verdifull for detaljert taksonomisk identifikasjon (anmeldt i: 21, 22). Mens isolering av protisterbruker berikelse tilnærminger er relativt sjelden i Antarktis ferskvann miljøer, flere marine protist isolater fra anriking av Antarktis sjøvann er tilgjengelige 23-26. I tillegg er flere kultur samlinger dedikert til protist og microalgal isolater (for eksempel: den Provasoli-Guillard kultur samling, https://ncma.bigelow.org/~~V ). Pålitelige og billig sekvensering teknologier har produsert en massiv genetisk database av utmark protistan sekvenser. Selv om disse databasene har vært veldig informativ om mangfold og distribusjon av denne viktige gruppen av mikroorganismer, er det et økende gap i å knytte sekvens data med vår forståelse av protist økologi og fysiologi. Dermed vil tradisjonelle dyrking teknikker, særlig i undersampled miljøer som polare akvatiske habitater fortsette å spille en viktig rolle mot å forstå betydningen og økologiske rollerav protister i globale geokjemiske sykling.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Vi har ingenting å avsløre.
Forfatterne takker J. Priscu, A. Chiuchiolo og McMurdo Filterpressens limnologi team for bistand i innsamling og bevaring av prøvene i Antarktis. Vi takker Ratheon Polar Services og Phi helikoptre for logistisk støtte. Lette mikrografer ble generert i Miami senter for avansert mikroskopi og Imaging Center. Dette arbeidet ble støttet av NSF Office of Polar radioprogrammer Grants 0631659 og 1056396.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| BBM | Sigma-Aldrich | B5282 | |
| BG11 | Sigma-Aldrich | C3061 | |
| F/2 | Sigma-Aldrich | 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 Corporation | 61854 | |
| Sterile cell culture flask, 25 cm2 | Corning | 430639 | |
| Diurnal growth chamber | VWR international | 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, Inc. | 1415-8700 | |
| NaH14CO3 | ViTrax | VC 194 | Keep in aliquots of 400 μL at -20°C |
| RuBP | Sigma-Aldrich | R0878-100mg | Dissolve in 10 mM Tris-propionic acid (pH 6.5) |