Microcystis. New findings in peptide production, taxonomy and autecology by cyanobaceterium Microcystis.

Mgr. Lenka Šejnohová, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Ústředním cílem této studie bylo získat poznatky ve vztahu mezi morfologií a výskytem oligopeptidů, v autekologii kolonií během reinvaze a dynamice výskytu peptidů v přírodní populaci rodu Microcystis. Zjistili jsme, že v rámci rodu Microcystis koexistují non-peptidové a peptidové skupiny lišící se také morfologicky. Docházíme k závěru, že výskyt / absence některých specifických peptidů v rámci rodu Microcystis by mohly být potenciálně využity v polyfázickém přístupu v taxonomii sinic na subgenerické úrovni. Nárůst počtu buněk, tvorbu kolonií a syntézu gas veziklů u bentické populace Microcystis jsme zaznamenali pouze v měnících se podmínkách nádrže, ale ne ve stabilních podmínkách v lednici. Změny populace Microcystis v nádrži byly detekovány v období, kdy teplota nad sedimentu byla vyšší než 8-9 ° C a koncentrace kyslíku 4 mg /L. Reinvaze Microcystis se zdá být pouze důsledkem vnějších faktorů, bez příspěvku endogenního načasování. V rámci sezony se populace Microcystis stala výrazně méně rozmanitá v množství typů peptidů (lineární regrese Shannon indexy, p <0,001). Na rozdíl od jiných chemotypes, které byly dominantní v pelagiále v červenci, jsme již od srpna nezaznamenali, zatímco některé chemotypes měly vysoké relativní abundances v celé sezóně. Některé chemotypes byly zjištěny pouze v sedimentu v červenci a listopadu, které nebyly nikdy nalezeny ve vzorcích planktonu. Identifikovali jsme 61 peptidů, které jsou buď známé peptidy nebo nové konstrukční varianty známých peptidových tříd, z 850 kolonií z pelagiálu a sedimentu. V této práci upozorňujeme na fakt, že vedle microcystinů také aeruginosiny, anabaenopeptiny, microgininy a microviridiny mohou být častějšími cyanotoxiny v populaci Microcystis.

Abstract:

The central aim of this study was to gain insight in the relationship between morphology and peptide occurrence, autecology of colonies during the reinvasion and dynamics of peptide within the natural Microcystis population. We found that within Microcystis genus coexist non-peptide and peptide group differed also morphologically. We conclude that occurrence/absence of some specific peptides in Microcystis colony could be potentially used in polyphasic taxonomy on subgeneric level. The increase cell numbers, enlargement of colonies and synthesis of gas vesicles by benthic Microcystis population started only in the reservoir not in the stable condition of refrigerator. The changes of Microcystis reservoir population were detected when temperature above sediment exceeds 8-9 °C and oxygen concentration 4 mg/L. Hence, Microcystis recruitment seems to be only a result of external factors without a contribution of endogenous timing. In the course of the season the Microcystis community became significantly less diverse in peptide numbers (linear regression of Shannon indices, p<0.001). In contrast, other chemotypes that were dominant in the pelagic in July were no longer encountered after August, while some chemotypes that never accounted for high relative abundances were encountered throughout the season. Nonetheless, chemotypes were identified in the sediment in July and November that were never found in plankton samples. We identified 61 peptides either as known peptides or new structural variants of known peptide classes from 850 colonies from pelagial and sediment as well. We alert that beside the microcystins also aeruginosins, anabaenopeptins, microginins and microviridins could be more frequent cyanotoxins in Microcystis community. For 18 new peptides flat structures are proposed. New congeners differed from known ones mainly in chlorination (aeruginosins), methylation (microginins), or amino acid sequences (cyanopeptolins).

Keywords

autecology, cyanobacteria, Microcystis, morphospecies, peptides, taxonomy, toxicity

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 9. 2008

Thesis defence

• Date of defence: 22. 10. 2008
• Supervisor: prof. Ing. Blahoslav Maršálek, CSc.
• Reader: RNDr. Jan Kaštovský, Ph.D., prof. RNDr. Jiří Komárek, DrSc., prof. RNDr. František Hindák, DrSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Hydrobiology