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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.64.2010.tde-03092010-150527
Document
Author
Full name
Diego Bonaldo Genuario
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2010
Supervisor
Committee
Fiore, Marli de Fatima (President)
Branco, Luis Henrique Zanini
Vitorello, Claudia Barros Monteiro
Title in Portuguese
Cianobactérias em ecossistemas de manguezais: isolamento, morfologia e diversidade genética
Keywords in Portuguese
Análise de redução de acetileno
Filogenia
Fixação biológica do nitrogênio
nifH
rpoC1
Abstract in Portuguese
Manguezais são ecossistemas de transição entre ambientes terrestres e marinhos encontrados em regiões tropicais e subtropicais. A ampla faixa de variações de salinidade e teor oxigênio, típica desses ambientes, está entre os principais fatores condicionantes da colonização e desenvolvimento da biota. Apesar disso, são ambientes com elevada produção primária. Entre os nutrientes, o nitrogênio é um dos principais fatores limitantes que afetam o desenvolvimento da vegetação do manguezal e somente baixa disponibilidade de formas reduzidas está presente. Portanto, há a necessidade de determinar os micro-organismos fixadores de nitrogênio que colonizam os ecossistemas de manguezais. Dentre esses, existem as cianobactérias, um grupo bem conhecido de micro-organismos fotossintéticos oxigênicos e fixadores de nitrogênio. Neste estudo, 50 linhagens de cianobactérias foram isoladas de amostras ambientais de solos, água e material perifítico, coletadas nos ecossistemas de manguezais da Ilha do Cardoso e Bertioga, São Paulo. Essas linhagens foram isoladas usando meios específicos de crescimento e análises morfológicas identificaram representantes das ordens Chroococcales (35 linhagens, 70%), Oscillatoriales (9 linhagens, 18%) e Nostocales (6 linhagens, 12%). Dezesseis linhagens distribuídas entre as ordens Chroococcales e Nostocales foram selecionadas para os estudos de filogenia usando o gene rpoC1. A maioria das sequências de rpoC1 geradas pela amplificação por PCR usando o conjunto específico de primer rpoC1-1/rpoC1-T mostraram baixas similaridades (menor que 90%) com seqüências disponíveis no GenBank, indicando que estas linhagens de cianobactérias são únicas. As exceções foram somente duas linhagens (Synechococcus sp. CENA177 and Cyanothece sp. CENA169) que apresentaram altas similaridades com sequências de cianobactérias isoladas de ambientes de água doce do Brasil. A análise filogenética Neighbor-Joining mostrou que várias das novas linhagens cianobactérias dos manguezais se agruparam, sem relação com a descrição taxonômica baseada na caracterização morfotípica. Uma busca pelo gene funcional nifH, o qual codifica para a redutase da nitrogenase, em 27 isolados dos manguezais, revelou a sua presença em 21 linhagens (77%) dispersas entre as ordens Chroococcales, Oscillatoriales e Nostocales. Os 21 fragmentos do gene nifH amplificados foram clonados e seqüenciados e todas as sequências também mostram baixas similaridades (menor que 95%) com seqüências de cianobactérias disponíveis no GenBank. A análise filogenética do gene nifH posicionou as novas linhagens de cianobactérias dos manguezais em vários agrupamentos distribuídos ao longo da árvore, e como também observado para o gene rpoC1, sem correlação com a descrição taxonômica baseada na caracterização morfotípica. Atividade da nitrogenase, avaliada pela técnica de redução de acetileno, foi encontrada em cinco linhagens pertencentes à ordem Nostocales e em uma linhagem pertencente à ordem Chroococcales. A estimativa da fixação biológica de nitrogênio por essas linhagens variaram de 327,01 a 1.954,15 pmol N2.g-1 de biomassa seca.dia-1.
Title in English
Cyanobacteria in mangrove ecosystems: isolation, morphology and genetic diversity
Keywords in English
Acetylene reduction analysis
Biological nitrogen fixation
nifH
Phylogeny
rpoC1
Abstract in English
Mangroves are transitional ecosystems between terrestrial and marine environments found in tropical and subtropical regions. The broad range of variations of salinity and oxygen content, typical of these environments, is among the main constraint factors for the establishment and development of biota. Nevertheless, mangroves have high primary production. Among the nutrients, nitrogen is one of the most important limiting factors affecting the development of mangrove vegetation and only low availability of reduced forms is present. Therefore, there is a need to determine the nitrogen fixing microorganisms that colonize mangrove ecosystems. Among those, there are the cyanobacteria, a well known group of oxygenic photosynthetic and nitrogen fixing microorganisms. In this study, 50 cyanobacterial strains were isolated from environmental samples of soil, water and periphytic material collected in the Cardoso Island and Bertioga mangrove ecosystems, São Paulo. These strains were isolated using specific growth media and morphological analyses identified representatives of the orders Chroococcales (35 strains, 70%), Oscillatoriales (9 strains, 18%) and Nostocales (6 strains, 12%). Sixteen strains belong to the orders Chroococcales and Nostocales were selected for phylogeny studies using the gene rpoC1. The majority of rpoC1 sequences generated by PCR amplification using the specific set primer rpoC1-1/rpoC1-T showed low similarities (below 90%) with sequences available in the GenBank, indicating that these cyanobacterial strains are unique. The exceptions were only two strains (Synechococcus sp. CENA177 and Cyanothece sp. CENA169) that had high similarities with cyanobacterial sequences isolated from Brazilian freshwater environments. The Neighbor-Joining phylogenetic analysis showed that several of the new mangrove cyanobacterial strains clustered together, with no relationship with the taxonomical description based on morphotypic characterization. A search for the functional nifH gene, which coding for nitrogenase reductase, on 27 mangrove isolates revealed its presence in 21 strains (77%) dispersed among the orders Chroococcales, Oscillatoriales and Nostocales. The 21 amplified fragments of nifH were cloned and sequenced, and all the sequences also showed low similarities (below 95%) with cyanobacterial sequences available in the GenBank. The phylogenetic analysis of nifH gene positioned the new mangrove cyanobacterial strains in several clusters distributed along the tree, and as also observed for rpoC1 gene, with no correlation with the taxonomical description based on morphotypic characterization. Nitrogenase activity, measured by the acetylene reduction technique, was found in five strains belonging to the order Nostocales and one strain belonging to the order Chroococcales. The estimation of biological nitrogen fixation by these strains ranged from 327.01 to 1954.15 pmol N2.g-1 dry biomass.day-1.
 
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Publishing Date
2010-09-10
 
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