Seletividade de herbicidas inibidores do fotossistema II para cultivares de cana-de-açúcar

Pós-graduação em Agronomia (Agricultura) - FCA

Respostas bioquímicas e fisiológicas de plantas jovens de cana-de-açúcar sob diferentes concentrações de NaCl no solo

Pós-graduação em Agronomia (Produção Vegetal) - FCAV

Expression profiling and cross-species RNA interference (RNAi) of desiccation-induced transcripts in the anhydrobiotic nematode Aphelenchus avenae

Abstract Background Some organisms can survive extreme desiccation by entering a state of suspended animation known as anhydrobiosis. The free-living mycophagous nematode Aphelenchus avenae can be induced to enter anhydrobiosis by pre-exposure to moderate reductions in relative humidity (RH) prior to extreme desiccation. This preconditioning phase is thought to allow modification of the transcriptome by activation of genes required for desiccation tolerance. Results To identify such genes, a panel of expressed sequence tags (ESTs) enriched for sequences upregulated in A. avenae during preconditioning was created. A subset of 30 genes with significant matches in databases, together with a number of apparently novel sequences, were chosen for further study. Several of the recognisable genes are associated with water stress, encoding, for example, two new hydrophilic proteins related to the late embryogenesis abundant (LEA) protein family. Expression studies confirmed EST panel members to be upregulated by evaporative water loss, and the majority of genes was also induced by osmotic stress and cold, but rather fewer by heat. We attempted to use RNA interference (RNAi) to demonstrate the importance of this gene set for anhydrobiosis, but found A. avenae to be recalcitrant with the techniques used. Instead, therefore, we developed a cross-species RNAi procedure using A. avenae sequences in another anhydrobiotic nematode, Panagrolaimus superbus, which is amenable to gene silencing. Of 20 A. avenae ESTs screened, a significant reduction in survival of desiccation in treated P. superbus populations was observed with two sequences, one of which was novel, while the other encoded a glutathione peroxidase. To confirm a role for glutathione peroxidases in anhydrobiosis, RNAi with cognate sequences from P. superbus was performed and was also shown to reduce desiccation tolerance in this species. Conclusions This study has identified and characterised the expression profiles of members of the anhydrobiotic gene set in A. avenae. It also demonstrates the potential of RNAi for the analysis of anhydrobiosis and provides the first genetic data to underline the importance of effective antioxidant systems in metazoan desiccation tolerance.

Zeitaufgelöste Messung der Faltung und Pigmentbindung des Lichtsammlerproteins LHCIIb anhand verschiedener spektroskopischer Monitore

Über die Biogenese des Lichtsammelkomplexes des Photosystems II höherer Pflanzen (LHCII) in der Thylakoidmembran der Chloroplasten existieren wenige Daten. Deswegen soll die Aufklärung des Faltungsmechanismus in vitro anhand von zeitaufgelösten Messungen der Rückfaltung des Komplexes Rückschlüsse auf die Situation in vivo ermöglichen.Zur Beobachtung der Rückfaltung wurden Methoden der Fluoreszenz- und CD-Spektroskopie verwendet. Die Pigmentbindung und die Ausbildung von α-helikaler Sekundärstruktur erfolgt in einem schnelleren und einem langsameren apparenten Schritt (Sekunden und Minuten); beide Vorgänge sind eng gekoppelt und limitiert durch die Bindung der Carotinoide. In der schnelleren Phase ist die Bindung von Chl a und Lutein ausreichend für die Zunahme an α-helikaler Struktur. Ein thermodynamisch stabiler Komplex erfordert die Bindung von Chl b und Carotinoiden. In der schnellen Phase bindet Chl a vor Chl b und Lutein mindestens so schnell wie Chl b; beide Pigmente limitieren die Bindung von Chl b. Chl b ist notwendig für die Ereignisse der langsameren Phase.Bzgl. der Situation in vivo deuten die Daten auf (1) eine aktive Rolle der Pigmentbindung für die Membraninsertion des Proteins, (2) einen Schutz vor Photooxidation der Chlorophylle durch die obligatorische Carotinoidbindung und (3) die Möglichkeit der Umsetzung von LHCII-gebundem Chl a zu Chl b.

Novel techniques for the remote sensing of photosynthetic processes

Remote sensing (RS) techniques have evolved into an important instrument to investigate forest function. New methods based on the remote detection of leaf biochemistry and photosynthesis are being developed and applied in pilot studies from airborne and satellite platforms (PRI, solar-induced fluorescence; N and chlorophyll content). Non-destructive monitoring methods, a direct application of RS studies, are also proving increasingly attractive for the determination of stress conditions or nutrient deficiencies not only in research but also in agronomy, horticulture and urban forestry (proximal RS). In this work I will focus on some novel techniques recently developed for the estimation of photochemistry and photosynthetic rates based (i) on the proximal measurement of steady-state chlorophyll fluorescence yield, or (ii) the remote sensing of changes in hyperspectral leaf reflectance, associated to xanthophyll de-epoxydation and energy partitioning, which is closely coupled to leaf photochemistry and photosynthesis. I will also present and describe a mathematical model of leaf steady-state fluorescence and photosynthesis recently developed in our group. Two different species were used in the experiments: Arbutus unedo, a schlerophyllous Mediterranean species, and Populus euroamericana, a broad leaf deciduous tree widely used in plantation forestry. Results show that ambient fluorescence could provide a useful tool for testing photosynthetic processes from a distance. These results confirm also the photosynthetic reflectance index (PRI) as an efficient remote sensing reflectance index estimating short-term changes in photochemical efficiency as well as long-term changes in leaf biochemistry. The study also demonstrated that RS techniques could provide a fast and reliable method to estimate photosynthetic pigment content and total nitrogen, beside assessing the state of photochemical process in our plants’ leaves in the field. This could have important practical applications for the management of plant cultivation systems, for the estimation of the nutrient requirements of our plants for optimal growth.

Ursachen der unterschiedlichen Oligomerisierung von Lichtsammelproteinen

Die verschiedenen Lichtsammelproteine (Lhc-Proteine) höherer Pflanzen unterscheiden sich im Oligomerisierungsverhalten. Im Photosystem II existieren 6 Lhc-Proteine, die entweder die monomeren Lichtsammelkomplexe (LHC) CP24 (Lhcb6), CP26 (Lhcb5) und CP29 (Lhcb4) oder den trimeren LHCII (Lhcb1, Lhcb2 und Lhcb3) bilden. Im Photosystem I sind laut Kristallstruktur vier Lhc-Proteine lokalisiert, die als Heterodimere organisiert vorliegen. Der schwerpunktmäßig untersuchte LHCI-730 setzt sich aus Lhca1 und Lhca4 zusammen, während der LHCI-680 aus Lhca2 und Lhca3 besteht. Das Ziel der Arbeit bestand in der Identifizierung der für das unterschiedliche Oligomerisierungsverhalten verantwortlichen Proteinbereiche und Aminosäuren. Die für diese Arbeit generierten Consensussequenzalignments verschiedener Lhca- und Lhcb-Proteine vieler Arten unterstützen die Folgerungen aus Strukturdaten und anderen Sequenzalignments, dass den LHCs eine gemeinsame Monomerstruktur zu Grunde liegt. Die Helices 1 und 3 weisen weitgehend sehr hohe Sequenzidentitäten auf, während die N- und C-Termini, die zwei Schleifenregionen und die Helix 2 nur schwach konserviert sind. Falls die Bereiche mit hoher Sequenzübereinstimmung für das Zustandekommen ähnlicher monomerer LHC-Strukturen verantwortlich sind, könnten in den schwach konservierten Domänen die Ursachen für das unterschiedliche Oligomerisierungsverhalten lokalisiert sein. Aufgrund dessen wurden die schwach konservierten Domänen des monomerisierenden Lhcb4, des mit dem Lhca1 dimerisierenden Lhca4 und des Trimere bildenden Lhcb1 gegen die entsprechenden Domänen der anderen Proteine ausgetauscht und bezüglich ihres Oligomerisierungsverhaltens untersucht. Im Lhca4 konnten mit der Helix 2 und der stromalen Schleife zwei für eine Heterodimerisierung essentielle Domänen gefunden werden. Im Lhcb1 waren neben dem N-Terminus auch die 2. Helix und die stromale Schleifendomäne unentbehrlich für eine Trimerisierung. Zusätzlich waren Dimerisierung und Trimerisierung bei Austausch der luminalen Schleife beeinträchtigt. Ein geringer Beitrag zur Lhcb1-Trimerisierung konnte auch für den C-Terminus belegt werden. Ein zusätzliches Ziel der Arbeit sollte der Transfer der Oligomerisierungseigenschaften durch umfangreichen Domänentausch von einem auf ein anderes Protein sein. Der Transfer der Fähigkeit zur Dimerbildung durch Substitution gegen essentielle Lhca4-Domänen (50% luminale Schleife, 100% Helix 2 und 100% stromale Schleife) gelang beim Lhcb4, nicht aber beim Lhcb1. Der Transfer der Trimerisierungsfähigkeit auf Lhca4 und Lhcb4 scheiterte. Eine Lhca1-Mutante mit allen für eine Dimerisierung essentiellen Lhca4-Domänen, die durch Interaktion einzelner Moleküle untereinander multimere LHCs bilden sollte, war bereits in ihrer Monomerbildung beeinträchtigt. Eine Übertragung der Oligomerisierungsfähigkeit auf andere Proteine durch massiven Domänentransfer gestaltete sich somit schwierig, da vermutlich im mutierten Protein immer noch ursprüngliche Tertiärstrukturanteile enthalten waren, die nicht mit den transferierten Proteinbestandteilen kompatibel sind. Bei zukünftigen Experimenten zur Klärung der Transferierbarkeit der Oligomerisierungseigenschaft sollten deswegen neben dem unberücksichtigten 1. Teil der luminalen Schleife auch wenig konservierte Aminosäuren in der 1. und 3. Helix Beachtung finden. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, die LHCI-730-Dimerisierung im Detail zu untersuchen. Mutationsanalysen bestätigten den von früheren Untersuchungen bekannten Einfluss des Isoleucins 103 und Histidins 99. Letzteres geht möglicherweise durch sein gebundenes Chlorophyll eine Interaktion mit dem Lhca1 ein. Das Phenylalanin 95 stellte sich ebenfalls als ein wichtiger Interaktionspartner heraus und könnte in Wechselwirkung mit einem zwischen Lhca1 und Lhca4 lokalisierten Phosphatidylglycerin treten. Das ebenfalls an der Dimerbildung beteiligte Serin 88 des Lhca4 könnte auf Grund der räumlichen Nähe bei Modellierungen direkt mit dem am C-Terminus des Lhca1 lokalisierten Glycin 190 interagieren. Darüber hinaus wurde ein in der luminalen Lhca4-Schleife lokalisiertes Phenylalanin 84 als Interaktionspartner des Tryptophans 185 im C-Terminus von Lhca1 identifiziert. Der simultane Austausch des Isoleucins 109 und Lysins 110 in der stromalen Schleife des Lhca4, konnte deren Einfluss auf die Dimerisierung belegen. Nachdem bislang an der Dimerbildung beteiligte Aminosäuren am N- und C-Terminus des Lhca1 und Lhca4 identifiziert werden konnten, wurden in dieser Arbeit viele an einer Dimerbildung beteiligten Proteinbereiche und Aminosäuren in der Helix 2 und den Schleifenregionen des Lhca4 identifiziert. Um alle an der Lhca1-Lhca4-Interaktion beteiligten Aminosäuren aufzuklären, müssten durch Mutationsanalysen die in der stromalen Lhca4-Schleife vermuteten Interaktionspartner des für die Dimerisierung wichtigen Tryptophans 4 am N-Terminus von Lhca1 identifiziert, und die in der Helix 3 des Lhca1 vermuteten Interaktionspartner der Helix 2 des Lhca4 ermittelt werden.

Terrylendiimide als Biolabel und funktionelle Farbstoffe

In dieser Arbeit werden neue Rylenimide und Anwendungsmöglichkeiten für diese Farbstoffklasse beschrieben, die sich durch hohe Photostabilitäten und hohe Fluoreszenzquantenausbeute auszeichnet. Ziel dieser Arbeit war es, durch systematische Wahl der Substituenten in den Imidstrukturen und/oder den bay-Regionen von Rylendiimidfarbstoffen vollkommen neue Produkteigenschaften zu verwirklichen, Reaktionen bzw. Anwendungen zu ermöglichen und den Aufbau von komplexeren Chromophorarchitekturen zu gestatten. Das Strukturmotiv des Terrylendiimids nahm dabei die zentrale Rolle ein. Die Arbeit wurde in vier Kapitel aufgeteilt. Das Ziel des ersten Kapitels war es, wasserlösliche Terrylendiimide zur Untersuchung von biologischen Proben im Wellenlängenbereich über 600 nm einzusetzen. Ein wasserlösliches Terrylendiimid erwies sich dabei als deutlich photostabiler als zwei weitverbreitete Fluoreszenzfarbstoffe. Eine erste Proteinmarkierung mit monofunktionellem Farbstoff wurde an Proteinmolekülen erfolgreich durchgeführt. Durch gezielte Modifikationen konnten zwei Terrylendiimide hergestellt werden, die sich noch deutlich besser zum Abbilden von Zellstrukturen eignen. In dem zweiten Kapitel spielte die Löslichkeit von Rylendiimiden in organischen Lösungsmitteln eine zentrale Rolle. Es wurde eine Rylendiimidserie hergestellt, deren löslichkeitssteigernde Gruppen eine Organisation der Moleküle in ausgedehnten Stapelstrukturen nicht verhindern. Mit dieser Serie konnte das flüssigkristalline Verhalten und die Selbstorganisation in der Rylendiimidreihe untersucht werden. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde die Selbstorganisation der Diimide in Donor-Akzeptor Gemischen untersucht. In STM-Experimenten konnten für alle drei Diimide selbstorganisierte Monoschichten mit dem Rastertunnelmikroskop mit molekularer Auflösung abgebildet werden. Darüber hinaus wurden in diesem Kapitel die ersten organischen Feldeffekttransistoren (OFET) auf der Basis des synthetisierten Terrylendiimids beschrieben. Im Rahmen eines Projektes in dem die elektronische Energieübertragung in Donor-Akzeptor-Diaden mit Hilfe von Einzelmolekülspektroskopie untersucht wird, wurde eine Perylendiimid-Terrylediimid Diade hergestellt. Die geringere Photostabilität des Donors ermöglichte zeitaufgelöste Einzelmolekül-messungen der Akzeptoremission mit und ohne Energietransfer vom Donor auf den Akzeptor. Durch diese Messungen konnten die Zeitkonstanten des Energietransfers für einzelne Diaden ermittelt werden. Ein weiterer Chromophor aus diesem Donor-Akzeptor-Paar soll die Möglichkeit eröffnen, den Energiefluß im Molekül gezielt zu manipulieren. Dazu wurde ein Donorchromophor mit zwei Akzeptoren in einem Multichromophor kombiniert. Im Rahmen der Synthesen dieser Arbeit wurden Terrylendiimide hergestellt, die in einer Imidstruktur eine Halogenfunktion trugen. Diese waren wichtige Synthesebausteine zum Aufbau von komplexen Chromophorarchitekturen. Ziel eines weiteren Kapitels war es, ein Terrylendiimid herzustellen, das als Sensibilisatorfarbstoff gemeinsam mit dem Haupt-Antennenkomplex von höheren Pflanzen LHCII in einer photoelektrochemischen Farbstoff-Solarzelle integriert werden konnte. Das hergestellte Terrylendiimid mit Carbonsäuregruppe eignete sich für Farbstoffsolarzellen auf Zinndioxidbasis.

Pflanzlicher Lichtsammler (LHCII) in Hybridkomplexen mit organischen Farbstoffen und anorganischen Halbleiter-Nanokristallen (Quantum dots)

Der Lichtsammelkomplex II (LHCII) höherer Pflanzen ist eines der häufigsten Membranproteine der Welt. Er bindet 14 Chlorophylle und 4 Carotinoide nicht kovalent und fungiert in vivo als Lichtantenne des Photosystems II. Eine optimale Absorption von Licht ist auch bei Solarzellen entscheidend und es liegt nahe hier dasselbe Prinzip zu verwenden. Dafür bietet sich der Einsatz biologischer Komponenten wie des LHCII an. Dieser wurde evolutionär für eine effektive Absorption und Weiterleitung von Sonnenenergie optimiert. Zusätzlich lässt er sich in vitro in rekombinanter Form rekonstituieren. Für eine eventuelle Nutzung des LHCII in technologischen Anwendungen bedarf es der Interaktion mit anderen, vorzugsweise synthetischen Komponenten. Daher wurde die Bindung und der Energietransfer zwischen dem LHCII und organischen Fluoreszenzfarbstoffen sowie anorganischen „Quantum dots“ (QDs) untersucht. rnMit Donorfarbstoffen wurde die Grünlücke des LHCII funktionell geschlossen. Dafür wurden bis zu vier Fluoreszenzfarbstoffe kovalent an den LHCII gebunden. Diese Interaktion erfolgte sowohl mit Maleimiden an Cysteinen als auch mit N-Hydroxysuccinimidylestern an Lysinen. Die Assemblierung, Struktur und Funktion des Pigment-Protein-Komplexes wurde durch die Fluoreszenzfarbstoffe nicht gestört.rnAuf der Suche nach einem Farbstoff, der als Akzeptor die vom LHCII aufgenommene Energie übernimmt und durch Elektronenabgabe in elektrische Energie umwandelt, wurden drei Rylenfarbstoffe, ein Quaterrylen und zwei Terrylene, untersucht. Der LHCII konnte mit allen Farbstoffen erfolgreich markiert werden. Für die Nutzung der Hybridkomplexe ergaben sich allerdings Probleme. Das Quaterrylen beeinträchtigte aufgrund seiner Hydrophobizität die Rekonstitution des Proteins, während bei beiden Terrylenen der Energietransfer ineffizient war.rn Zusätzlich zu den Standard-Verknüpfungen zwischen Farbstoffen und Proteinen wurde in dieser Arbeit die „native chemische Ligation“ etabliert. Hierfür wurde eine LHCII-Mutante mit N-terminalem Cystein hergestellt, markiert und rekonstituiert. Messdaten an diesem Hybridkomplex ließen auf einen Energietransfer zwischen Farbstoff und Protein schließen. rnIn Hybridkomplexen sollen langfristig zur Ladungstrennung fähige Typ II-QDs Anwendung finden, wobei der LHCII als Lichtantenne dienen soll. Bis diese QDs verwendet werden können, wurden grundlegende Fragen der Interaktion beider Materialen an Typ I-QDs mit Energietransfer zum LHCII untersucht. Dabei zeigte sich, dass QDs in wässriger Lösung schnell aggregieren und entsprechende Kontrollen wichtig sind. Weiterführend konnte anhand der Trennung von ungebundenem und QD-gebundenem LHCII die Bindung von LHCII an QDs bestätigt werden. Dabei wurden Unterschiede in der Bindungseffizienz in Abhängigkeit der verwendeten LHCII und QDs festgestellt. Durch Herstellung von Fusionsproteinen aus LHCII und Affinitätspeptiden konnte die Bindung optimiert werden. Ein Energietransfer von QDs zu LHCII war nicht sicher nachzuweisen, da in den Hybridkomplexen zwar die QD- (Donor-) Fluoreszenz gelöscht, aber die LHCII- (Akzeptor-) Fluoreszenz nicht entsprechend stimuliert wurde.rnZusammenfassend wurden in dieser Arbeit einige Hybridkomplexe hergestellt, die in weiterführenden Ansätzen Verwendung finden können. Auf die hier gewonnenen Erkenntnisse über Interaktionen zwischen LHCII und synthetischen Materialien kann jetzt weiter aufgebaut werden.

The nitrogen costs of photosynthesis in a diatom under current and future pCO2

With each cellular generation, oxygenic photoautotrophs must accumulate abundant protein complexes that mediate light capture, photosynthetic electron transport and carbon fixation. In addition to this net synthesis, oxygenic photoautotrophs must counter the light-dependent photoinactivation of Photosystem II (PSII), using metabolically expensive proteolysis, disassembly, resynthesis and re-assembly of protein subunits. We used growth rates, elemental analyses and protein quantitations to estimate the nitrogen (N) metabolism costs to both accumulate the photosynthetic system and to maintain PSII function in the diatom Thalassiosira pseudonana, growing at two pCO2 levels across a range of light levels. The photosynthetic system contains c. 15-25% of total cellular N. Under low growth light, N (re)cycling through PSII repair is only c. 1% of the cellular N assimilation rate. As growth light increases to inhibitory levels, N metabolite cycling through PSII repair increases to c. 14% of the cellular N assimilation rate. Cells growing under the assumed future 750 ppmv pCO2 show higher growth rates under optimal light, coinciding with a lowered N metabolic cost to maintain photosynthesis, but then suffer greater photoinhibition of growth under excess light, coincident with rising costs to maintain photosynthesis. We predict this quantitative trait response to light will vary across taxa.

Surface water properties, phytoplankton composition and photosynthesis rates of Amundsen Sea sites

The phytoplankton community composition and productivity in waters of the Amundsen Sea and surrounding sea ice zone were characterized with respect to iron (Fe) input from melting glaciers. High Fe input from glaciers such as the Pine Island Glacier, and the Dotson and Crosson ice shelves resulted in dense phytoplankton blooms in surface waters of Pine Island Bay, Pine Island Polynya, and Amundsen Polynya. Phytoplankton biomass distribution was the opposite of the distribution of dissolved Fe (DFe), confirming the uptake of glacial DFe in surface waters by phytoplankton. Phytoplankton biomass in the polynyas ranged from 0.6 to 14 µg Chl a / L, with lower biomass at glacier sites where strong upwelling of Modified Circumpolar Deep Water from beneath glacier tongues was observed. Phytoplankton blooms in the polynyas were dominated by the haptophyte Phaeocystis antarctica, whereas the phytoplankton community in the sea ice zone was a mix of P. antarctica and diatoms, resembling the species distribution in the Ross Sea. Water column productivity based on photosynthesis versus irradiance characteristics averaged 3.00 g C /m**2/d in polynya sites, which was approximately twice as high as in the sea ice zone. The highest water column productivity was observed in the Pine Island Polynya, where both thermally and salinity stratified waters resulted in a shallow surface mixed layer with high phytoplankton biomass. In contrast, new production based on NO3 uptake was similar between different polynya sites, where a deeper UML in the weakly, thermally stratified Pine Island Bay resulted in deeper NO3 removal, thereby offsetting the lower productivity at the surface. These are the first in situ observations that confirm satellite observations of high phytoplankton biomass and productivity in the Amundsen Sea. Moreover, the high phytoplankton productivity as a result of glacial input of DFe is the first evidence that melting glaciers have the potential to increase phytoplankton productivity and thereby CO2 uptake, resulting in a small negative feedback to anthropogenic CO2 emissions.

Photochemical responses of the diatom Skeletonema costatum grown under elevated CO2 concentrations to short-term changes in pH

Variability in pH is a common occurrence in many aquatic environments, due to physical, chemical and biological processes. In coastal waters, lagoons, estuaries and inland waters, pH can change very rapidly (within seconds or hours) in addition to daily and seasonal changes. At the same time, progressive ocean acidification caused by anthropogenic CO2 emissions is superimposed on these spatial and temporal pH changes. Photosynthetic organisms are therefore unavoidably subject to significant pH variations at the cell surface. Whether this will affect their response to long-term ocean acidification is still unknown, nor is it known whether the short-term sensitivity to pH change is affected by the pCO2 to which the cells are acclimated. We posed the latter open question as our experimental hypothesis: Does acclimation to seawater acidification affect the response of phytoplankton to acute pH variations? The diatom Skeletonema costatum, commonly found in coastal and estuarine waters where short-term acute changes in pH frequently occur, was selected to test the hypothesis. Diatoms were grown at both 390 (pH 8.2, low CO2; LC) and 1000 (pH 7.9, high CO2; HC) µatm CO2 for at least 20 generations, and photosynthetic responses to short-term and acute changes in pH (between 8.2 and 7.6) were investigated. The effective quantum yield of LC-grown cells decreased by ca. 70% only when exposed to pH 7.6; this was not observed when exposed to pH 7.9 or 8.2. HC-grown cells did not show significant responses in any pH treatment. Non-photochemical quenching showed opposite trends. In general, our results indicate that while LC-grown cells are rather sensitive to acidification, HC-grown cells are relatively unresponsive in terms of photochemical performance.

Experimental data on photophysiology and growth rates of Pararotalia calcariformata

The eastern Mediterranean is a hotspot of biological invasions. Numerous species of Indo-pacific origin have colonized the Mediterranean in recent times, including tropical symbiont-bearing foraminifera. Among these is the species Pararotalia calcariformata. Unlike other invasive foraminifera, this species has been discovered only two decades ago and is restricted to the eastern Mediterranean coast. Combining ecological, genetic and physiological observations, we attempt to explain the recent invasion of this species in the Mediterranean Sea. Using morphological and genetic data, we confirm the species attribution to P. calcariformata McCulloch 1977 and identify its symbionts as a consortium of diatom species dominated by Minutocellus polymorphus. We document photosynthetic activity of its endosymbionts using Pulse Amplitude Modulated Fluorometry and test the effects of elevated temperatures on growth rates of asexual offspring. The culturing of asexual offspring for 120 days shows a 30-day period of rapid growth followed by a period of slower growth. A subsequent 48-day temperature sensitivity experiment indicates a similar developmental pathway and high growth rate at 28°C, whereas an almost complete inhibition of growth was observed at 20°C and 35°C. This indicates that the offspring of this species may have lower tolerance to cold temperatures than what would be expected for species native to the Mediterranean. We expand this hypothesis by applying a Species Distribution Model (SDM) based on modern occurrences in the Mediterranean using three environmental variables: irradiance, turbidity and yearly minimum temperature. The model reproduces the observed restricted distribution and indicates that the range of the species will drastically expand westwards under future global change scenarios. We conclude that P. calcariformata established a population in the Levant because of the recent warming in the region. In line with observations from other groups of organisms, our results indicate that continued warming of the eastern Mediterranean will facilitate the invasion of more tropical marine taxa into the Mediterranean, disturbing local biodiversity and ecosystem structure.

Photosynthetically active radiation during the experiment, and lipid content of sub- and intertidal specimens of the endemic Antarctic red alga, Palmaria decipiens

In coastal waters, Antarctic rhodophytes are exposed to harsh environmental conditions throughout the year, like low water temperatures ranging from -1.8°C to 2°C and high light during the summer season. Photosynthetic performance under these conditions may be affected by slowed down enzymatic reactions and the increased generation of reactive oxygen species. The consequence might be a chronic photoinhibition of photosynthetic primary reactions related to increased fragmentation of the D1 reaction centre protein in photosystem II. It is hypothesized that changes in lipid composition of biomembranes may represent an adaptive trait to maintain D1 turnover in response to temperature variation. The interactive effects of high light and low temperature were studied on an endemic Antarctic red alga, Palmaria decipiens, sampled from two shore levels, intertidal and subtidal, and exposed to mesocosm experiments using two levels of natural solar radiation and two different temperature regimes (2-5°C and 5-10°C). During the experimental period of 23 days, maximum quantum yield of photosynthesis decreased in all treatments, with the intertidal specimens exposed at 5-10°C being most affected. On the pigment level, a decreasing ratio of phycobiliproteins to chlorophyll a was found in all treatments. A pronounced decrease in D1 protein concentration occurred in subtidal specimens exposed at 2-5°C. Marked changes in lipid composition, i.e. the ratio of saturated to unsaturated fatty acids, indicated an effective response of specimens to temperature change. Results provide new insights into mechanisms of stress adaptation in this key species of shallow Antarctic benthic communities.

Diurnal fluctuations in seawater pH influence the response of a calcifying macroalga to ocean acidification

Coastal ecosystems that are characterized by kelp forests encounter daily pH fluctuations, driven by photosynthesis and respiration, which are larger than pH changes owing to ocean acidification (OA) projected for surface ocean waters by 2100. We investigated whether mimicry of biologically mediated diurnal shifts in pH-based for the first time on pH time-series measurements within a kelp forest-would offset or amplify the negative effects of OA on calcifiers. In a 40-day laboratory experiment, the calcifying coralline macroalga, Arthrocardia corymbosa, was exposed to two mean pH treatments (8.05 or 7.65). For each mean, two experimental pH manipulations were applied. In one treatment, pH was held constant. In the second treatment, pH was manipulated around the mean (as a step-function), 0.4 pH units higher during daylight and 0.4 units lower during darkness to approximate diurnal fluctuations in a kelp forest. In all cases, growth rates were lower at a reduced mean pH, and fluctuations in pH acted additively to further reduce growth. Photosynthesis, recruitment and elemental composition did not change with pH, but ?(13)C increased at lower mean pH. Including environmental heterogeneity in experimental design will assist with a more accurate assessment of the responses of calcifiers to OA.