Presentato qui è un protocollo per una tecnica a singola cellula, basata sulla microscopia a epifluorescenza per quantificare i tassi di pascolo negli eucarioti predatori acquatici con alta precisione e risoluzione tassonomica.
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Articolo metodologico
Presentato qui è un protocollo per una tecnica a singola cellula, basata sulla microscopia a epifluorescenza per quantificare i tassi di pascolo negli eucarioti predatori acquatici con alta precisione e risoluzione tassonomica.
Chiarire le interazioni trofiche, come la predazione e i suoi effetti, è un compito frequente per molti ricercatori in ecologia. Lo studio delle comunità microbiche ha molte limitazioni, e determinare un predatore, preda, e tassi predatori è spesso difficile. Presentato qui è un metodo ottimizzato basato sull'aggiunta di prede fluorescenti etichettate come tracciante, che consente una quantificazione affidabile dei tassi di pascolo negli eucarioti predatori acquatici e la stima del trasferimento di nutrienti a livelli trofici più elevati.
I prokaryote eterotrofici sono una componente biologica chiave nei sistemi acquatici e rappresentano una frazione significativa di plancton biomassa1,2,3. I fattori che controllano la loro abbondanza, diversità e attività sono cruciali per comprendere il loro ruolo nel ciclismo biogeochimico (cioè il destino del carbonio organico e di altri nutrienti e il flusso di energia dai procarioti ai livelli più alti del trofico). Il pascolo protozoo è uno di questi fattori importanti. Bacterivoryo di nanoflagellati e ciliati eterotrofici impone un forte controllo dall'alto verso il basso sull'abbondanza procaritmica, funzione della comunità, struttura, diversità, e anche morfologia cellulare e tasso di crescita di particolari gruppi batterici4, 5,6. In alcuni sistemi, i protisti servono come la principale causa di mortalità batterica6,7.
L'approccio standard utilizzato per valutare il batterio protozoo, che è stato utilizzato da qualche tempo, prevede l'uso di batteri etichettati fluorescentmente (FLB) come analoghi prede e microscopia epifluorescenza. I tassi di assorbimento specifici delle cellule possono essere determinati quantificando il numero di particelle di prede etichettate nei vacuoli alimentari del Prozistan in un corso temporale selezionato8. Questo approccio presenta diversi vantaggi. Tracer viene aggiunto a campioni naturali con assemblaggi di predatori naturali e prede. C'è una manipolazione minima del campione prima dell'incubazione, un'alterazione minima del campione da parte del tracciante FLB aggiunto e i tempi di incubazione sono brevi per garantire risultati sonori ottenuti in condizioni vicine alle condizioni in situ. In alternativa, in ambienti con un basso numero di protisti batteriosi o zooplancton (ad esempio, sistemi marini offshore), i tassi di scomparsa di FLB aggiunti a campioni in quantità basse (2%-3% tracciante) possono essere rilevati tramite citometria di flusso a lungo termine (12-24 h) esperimenti di incubazione. Quindi, i numeri di FLB all'inizio e all'estremità (integrando l'impatto di tutti i batteri) sono quantificati dalla citometria di flusso (per i dettagli, vedi la precedente pubblicazione9). Tuttavia, tale parametro rappresenta solo i tassi totali di bacterivory aggregati che non possono essere direttamente attribuiti a particolari gruppi di pascoli o specie di protistan e zooplancton.
Nel complesso, quantificare con precisione e con significato ecologico i tassi di mortalità batterica specifici delle specie di prozie o del morfotipo nell'ambiente acquatico può essere difficile. Alcuni protisti sono pascoli selettivi, e la dimensione e la forma cellulare del tracciante FLB aggiunto può distorcere i tassi naturali di ingestione delle prede10,11. Inoltre, l'attività e il metabolismo del prozistan sono altamente sensibili alla temperatura12; pertanto, la quantità di tracciante FLB aggiunto deve essere attentamente manipolata per ogni singolo tipo di campione (non solo in base all'abbondanza naturale, alle dimensioni e alla morfologia dei batteri e ai tipi prevalenti di batteri, ma anche sulla temperatura). La maggior parte degli studi si concentrano sull'attività di pascolo del protistan di massa; tuttavia, il batterio di specifiche specie protivazie spesso ha un valore informativo molto più elevato e può essere preferibile. In questo caso, è necessaria la conoscenza tassonomica delle specie protistiche presenti in un campione e la comprensione del loro comportamento. Di conseguenza, sono necessarie notevoli quantità di tempo e manodopera per ottenere risultati sonori su tassi specifici di batterio attribuibili a un particolare gruppo o specie di protistan.
Nonostante queste difficoltà, questo approccio rimane lo strumento più adatto attualmente disponibile per valutare il protivo in ambienti naturali. Presentato qui è un metodo completo e facile da seguire per l'utilizzo di FLB come tracciante negli studi di ecologia microbica acquatica. Tutti gli aspetti problematici menzionati dell'approccio sono presi in considerazione e viene descritto un flusso di lavoro migliorato, con due esperimenti da ambienti contrastanti e specie di ciliato a contrasto come esempi.
Il primo caso di studio è stato condotto in un ambiente epiliminico dal serbatoio di acqua mesotrofica di zmov nella Repubblica Ceca, che mostra abbondanze di pascolo e batteri comparabili alla maggior parte dei corpi d'acqua dolce di superficie (cfr5,7). Il secondo caso di studio è stato condotto nell'ambiente altamente specifico all'interno di trappole della pianta carnivora acquatica Utricularia reflexa, che ospita un numero estremamente elevato di entrambi i ciliati mixotrofici al pascolo (Tetrahymena utriculariae) cellule batteriche. Vengono mostrati i calcoli dei tassi di pascolo specifici delle cellule e delle scorte permanenti batteriche in entrambi i tipi di campione. Viene quindi discussa una serie di interpretazioni ecologiche dei risultati e vengono infine suggeriti esempi di possibili studi di follow-up.
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1. Raccolta di campioni
2. Fissazione dei campioni raccolti
3. Filtrazione del campione
4. Enumerazione dei numeri batterici sui filtri
5. Determinazione dell'abbondanza del prozieno
6. Determinazione della struttura comunitaria dei ciliati in campioni di plancton
NOTA: le comunità di ciliate in habitat d'acqua dolce sono molto diverse14,15, 16,18, e la loro determinazione microscopica è impegnativo. Ordinare i gruppi di ciliati in gilde funzionali10,14,16,17 consente un'analisi più dettagliata di diversi gruppi di ciliati come batteriativori pelagici.
7. Stima dei tassi di pascolo delle ciliati
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Esempio di esperimento che ho eseguito nel bacino idrico di Omov (Boemia meridionale, in C), che è un sito naturale con un predatore in situ in situ inferiore e abbondanza di prede. I dati rappresentativi sono riportati per la specie onnivora di ciliato Halteria grandinella, che è un pascolo abbondante ed efficiente di picoplancton (<2 zm) particelle10,16,17,18
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Decifrare l'interazione trofica nei sistemi acquatici è sempre impegnativo28, soprattutto nelle scale nano-plancton che coinvolgono protisti e le loro prede, batteri. Quando si tratta di percorsi di assorbimento dei nutrienti e quantificazione, l'applicazione di metodi utilizzati con successo a livelli trofici più elevati è meno possibile, a causa dell'elevata complessità delle interazioni biotiche. Questi includono, ad esempio, approcci stabili di etichettatura degli isotopi. Questo protocollo mo...
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo studio è stato sostenuto dalla Fondazione scientifica ceca nell'ambito della sovvenzione di ricerca 13-00243S e 19-16554S assegnata rispettivamente a K. e D. S. Questo articolo è stato sostenuto anche dal progetto "Biomanipulation as a tool to improving water quality of dim reservoirs" (No C.02.1.01/0.0/0.0/16_025/0007417), finanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale, nel programma operativo Ricerca, Sviluppo e l'istruzione.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 0.2-µ m filtri delle dimensioni dei pori | SPI fornisce, https://www.2spi.com/ | B0225-MB | Nero, filtri a membrana in policarbonato track etch, diametro approprite per apparecchi di filtraggio utilizzati |
| 5-(4,6-diclorotriazin-2-il) amminofluoresceina (DTAF) | Pipette | ||
| con volumi regolabili | Qualsiasi marca, varie dimensioni | ||
| Centrifuga | 22 000 x g | ||
| Cryovials | Qualsiasi marca, 2 mL formato | ||
| DAPI (4&acuto;,6-Diamidino-2&acuto;-fenilindolo dicloridrato) | Qualsiasi marca | 1 mg di ml-1 | |
| Microscopio per epiflorescenza | Ingrandimento da 400 x fino a 1000 x | ||
| Filtri appropriati per la visualizzazione nell'intervallo | |||
| Griglia di conteggio in uno degli oculari | |||
| Apparato filtrante | Solitamente con un diametro di 25 mm | ||
| Formaldeide | Una marca per microscopia | ||
| Glutaraldeide | Una marca per microscopia | ||
| Olio da immersione per microscopia | Olio specifico a bassa fluorescenza | ||
| Lugol´ Soluzione di | qualsiasi marca o vedere commento | Preparare una soluzione alcalina di Lugol' come segue: Soluzione 1 - sciogliere 10 g di ioduro di potassio in 20 ml in acqua MQ, quindi aggiungere 5 g di iodio. Soluzione 2 - aggiungere 5 g di acetato di sodio a 50 ml di acqua MQ. Aggiungere la soluzione 2 alla soluzione 1 e mescolare accuratamente | |
| Formalina stabilizzata con metanolo | Qualsiasi marca disponibile per scopi | ||
| Vetrini per microscopio e vetrini coprioggetti | Qualsiasi marca prodotta per scopi di microscopia | ||
| MQ acqua per diluire campioni | Qualsiasi marca | ||
| Soluzione salina tamponata con fosfato (PBS; pH = 9) | Qualsiasi marca | 0,05 M Soluzione di Na2HPO4-NaCl, regolata a pH 9 | |
| PPi-soluzione salina | Qualsiasi marca | 0,02 M Soluzione di Na4P2O7-NaCl. Aggiungere 0,53 g di Na4P2O7 a 100 ml di acqua MQ più 0,85 g di NaCl | |
| Dispositivo di campionamento | Adatto per ottenere un campione rappresentativo | ad es. campionatore Friedinger per plancton lacustre | |
| Soluzione di tiosolfato di sodio | Qualsiasi marca | soluzione al 3% viene utilizzata nel protocollo | |
| Sonicatore | Qualsiasi marca | 30 W | |
| Vortice | Qualsiasi marca che consenta una miscelazione accurata dei soluti e dei campioni | ||
| Qualsiasi marca che consenta di mantenere la temperatura a 60 gradi E |
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