Pigment orientation changes detected by low temperature linear dichroism spectroscopy: cold-hardening transition in phycobilisome-containing organisms

Low temperature (77K) linear dichroism spectroscopy was used to characterize pigment orientation changes accompanying the light state transition in the cyanobacterium, Synechococcus sp. pee 6301, and cold-hardening in winter rye (Secale cereale L. cv. Puma). Samples were oriented for spectroscopy using the gel squeezing method (Abdourakhmanov et aI., 1979) and brought to 77K in liquid nitrogen. The linear dichroism (LD) spectra of Synechococcus 6301 phycobilisome/thylakoid membrane fragments cross-linked in light state 1 and light state 2 with glutaraldehyde showed differences in both chlorophyll a and phycobilin orientation. A decrease in the relative amplitude of the 681nm chlorophyll a positive LD peak was observed in membrane fragments in state 2. Reorientation of the phycobilisome (PBS) during the transition to state 2 resulted in an increase in core allophycocyanin absorption parallel to the membrane, and a decrease in rod phycocyanin parallel absorption. This result supports the "spillover" and "PBS detachment" models of the light state transition in PBS-containing organisms, but not the "mobile PBS" model. A model was proposed for PBS reorientation upon transition to state 2, consisting of a tilt in the antenna complex with respect to the membrane plane. Linear dichroism spectra of PBS/thylakoid fragments from the red alga, Porphyridium cruentum, grown in green light (containing relatively more PSI) and red light (containing relatively more PSll) were compared to identify chlorophyll a absorption bands associated with each photosystem. Spectra from red light - grown samples had a larger positive LD signal on the short wavelength side of the 686nm chlorophyll a peak than those from green light - grown fragments. These results support the identification of the difference in linear dichroism seen at 681nm in Synechococcus spectra as a reorientation of PSll chromophores. Linear dichroism spectra were taken of thylakoid membranes isolated from winter rye grown at 20°C (non-hardened) and 5°C (cold-hardened). Differences were seen in the orientation of chlorophyll b relative to chlorophyll a. An increase in parallel absorption was identified at the long-wavelength chlorophyll a absorption peak, along with a decrease in parallel absorption from chlorophyll b chromophores. The same changes in relative pigment orientation were seen in the LD of isolated hardened and non-hardened light-harvesting antenna complexes (LHCII). It was concluded that orientational differences in LHCII pigments were responsible for thylakoid LD differences. Changes in pigment orientation, along with differences observed in long-wavelength absorption and in the overall magnitude of LD in hardened and non-hardened complexes, could be explained by the higher LHCII monomer:oligomer ratio in hardened rye (Huner et ai., 1987) if differences in this ratio affect differential light scattering properties, or fluctuation of chromophore orientation in the isolated LHCII sample.

Der Einfluss von Seamounts auf die klein- und mesoskalige Verteilung des Phytoplanktons im zentralen, subtropischen Nordostatlantik

Thema dieser Arbeit war die Beschreibung des Einflusses von Seamounts auf die Verteilung und Zusammensetzung von Phytoplanktonpopulationen. Dazu wurden exemplarisch zwei verschiedene Seamounts während zweier multidisziplinärer Expeditionen im subtropischen Nordostatlantik ausgewählt. Diese waren der Ampere Seamount (35°05’N 012°55‘W) und die Große Meteorbank (30°00’N 028°30‘W). I. Der Ampere Seamount wurde vom 29.04.-09.05.1996 während der Forschungsreise POS 218 mit FS „Poseidon“ besucht. Dort wurde versucht, ausgehend von einer zentralen Position, entlang radialer Schnitte über den Seamount dessen Einfluss auf die Verteilung des Phytoplanktons zu erfassen. Durch direkte Messung bzw. Beprobung der Wassersäule war eine Charakterisierung der abiotischen Umweltparameter Temperatur, Salzgehalt, potentielle Dichte, gelöster Sauerstoff, Nährsalze und Lichttiefe möglich. Weiterhin wurden der Phytoplanktonbestand und die Zusammensetzung der Phytoplanktonpopulation anhand mehrerer Untersuchungsmethoden beschrieben. Diese waren Bestimmungen von partikulärem organischem Kohlenstoff und Stickstoff, Chlorophyll a-Messungen, HPLC-Pigmentanalysen, mikroskopische Zählungen sowie die Bestimmung von gesamter und größenfraktionierter Primärproduktion. Zwei exemplarische Schnitte in Nord-Süd- bzw. West-Ost-Ausrichtung wurden ausgewählt. Die Ergebnisse zeigten deutlich einen Einfluss des Seamounts auf die abiotischen Umweltparameter. So ließ sich ein Anstieg der Isopyknen um etwa 20-30 m über dem Gipfelbereich feststellen im Vergleich zu Stationen, welche weiter entfernt vom Gipfel waren. Nährsalze waren im Allgemeinen an der Oberfläche nur in sehr geringen Konzentrationen nachzuweisen. Ein deutlicher Konzentrationsanstieg erfolgte ab einer Tiefe von etwa 75 m. Eine Ausnahme stellte die Südflanke des Seamounts dar, wo etwas höhere Nährsalzkonzentrationen schon ab Wassertiefen von etwa 30 m festgestellt wurden. Dies kann vermutlich auf die hydrografischen Bedingungen an dieser Stelle zurückgeführt werden. Erste, vorläufige Modellberechnungen lassen auf einen Einfluss eines starken Einschnitts an der sehr steilen Südflanke des Seamounts auf eine Strömung schließen, welche kälteres, nährsalzreicheres Tiefenwasser nach oben bringt. Auch bei der Verteilung der biotischen Variablen machte sich der Einfluss dieser Strömung bemerkbar. Die POC-Konzentrationen lagen im Mittel bei etwa 75.5 μg/l mit einem Tiefenmaximum bei ca. 80 m. An der Südflanke wiederum zeigte sich eine heterogene Verteilung der POC-Konzentration ohne deutlich ausgebildetes Maximum. Ein deutlich ausgebildetes Tiefenchlorophyllmaximum (TCM) wurde unterhalb der Dichtesprungschicht in Wassertiefen zwischen 50 und 100 m beobachtet, wie es allgemein für subtropische Meeresgebiete typisch ist. Auch das TCM zeichnete sich durch einen Anstieg um ca. 25 m im Gipfelbereich aus. Weiterhin war auffällig, dass das Chl a- und das Nitritmaximum in der gleichen Tiefe lagen. Dies könnte evtl. durch erhöhte Fraßaktivitäten und nachfolgende Anhäufung von Exkretionsprodukten des Zooplanktons erklärt werden, wie schon bei anderen Seamounts nachgewiesen wurde. Die Primärproduktion erreichte Werte, wie sie für diese Meeresregion schon früher bestimmt wurden. Auffällig war bei der fraktionierten Produktionsmessung die Dominanz von Pico- und Nanoplankton. Ein etwas höherer Anteil von Mikrophytoplankton an einigen Stationen könnte mit dem Auftrieb von etwas nährsalzreicherem Wasser an der Südseite des Ampere Seamounts zusammenhängen. Die Pigmentanalysen zeigten, dass die Phytoplanktonpopulation von Picoplanktongruppen bestimmt war. Diese waren in erster Linie Cyanophyceen und Prochlorophyceen, welche bis zur Tiefe des TCM vorherrschten. Unterhalb des TCM nahm der Anteil dieser beiden Gruppen ab, während Chrysophyceen, Chlorophyceen und Prymnesiophyceen zunahmen. Die Gruppen des Mikroplanktons, Dinophyceen und Bacillariophyceen, spielten nur eine untergeordnete Rolle. II. Die Große Meteorbank wurde vom 25.08.-23.09.1998 während der Forschungsreise M 42/3 mit FS „Meteor“ besucht. Auch dort wurde versucht, entlang verschiedener Schnitte über den Seamount dessen Einfluss auf die Verteilung des Phytoplanktons zu erfassen. Ausser den schon beim Ampere Seamount beschriebenen Messungen und Beprobungen zur Erfassung der abiotischen Umweltparameter und biotischen Variablen bzw. des Phytoplanktonbestands und der Zusammensetzung der Phytoplanktonpopulation wurden noch Zählungen des Picoplanktons anhand der Durchflusszytometrie sowie rasterelektronenmikroskopische Beobachtung und Auszählung der Coccolithophoridenflora (Prymnesiophyceae) durchgeführt. An der Großen Meteorbank wurden keine Bestimmungen der Primärproduktion gemacht. Zwei exemplarische Schnitte in Nord-Süd- bzw. West-Ost-Ausrichtung wurden ausgewählt. Die Ergebnisse zeigten auch bei diesem Seamount einen deutlichen Einfluss auf die abiotischen Umweltparameter. Ein Anstieg der Isopyknen um 30 m konnte über dem Bankplateau nachgewiesen werden. Als herausragendes Merkmal war hier eine ringförmige Vertiefung der durchmischten Schicht über den Flanken zu verzeichnen, was zu einer Isolierung der Wassermassen innerhalb dieser Ringstruktur führte. Dies spiegelte sich in der Verteilung der meisten untersuchten Parameter wider. So folgten ein Großteil der biogeochemischen Variablen wie die Nährsalze und der Chlorophyll a-Gehalt dem Aufwölben der Isopyknen. Die Nährsalze waren, wie schon beim Ampere Seamount, in den Oberflächenschichten fast vollständig erschöpft. Ein deutlicher Konzentrationsanstieg war erst ab Tiefen zwischen 100 und 125 m zu verzeichnen. Dies könnte zum einen durch eine stabilere Schichtung der Wassersäule und zum anderen durch die ausgeprägte Isolierung der Wassermassen über dem Plateau erklärt werden. Die mittleren Konzentrationen von partikulärem organischem Kohlenstoff (50.7 μg/l), Stickstoff (9.8 μg/l), des Phytoplanktonkohlenstoffs (0.6 μg/l) und des Chlorophyll a (0.06 μg/l) lagen an der Großen Meteorbank unterhalb der am Ampere Seamount festgestellten Werte. Dies könnte ebenfalls auf die zuvor erwähnte Schichtung und Isolierung zurückgeführt werden. Das Tiefenchlorophyllmaximum war zwischen 75 und 125 m gemessen worden. Deutlich war hier der Einfluss der hydrografischen Bedingungen über dem Bankplateau auf das Verteilungsmuster des Chlorophyll a-Gehaltes zu sehen, insbesondere die geringen Chlorophyll a-Gehalte über den Flanken. Dies kann auf die Isolierung der Wassermasse über dem Plateau zurückgeführt werden. Noch klarer als am Ampere Seamount war an der Großen Meteorbank die Dominanz von Pico- und Nanoplankton anhand der Pigmentanalysen zu erkennen. So erreichte der mittlere Anteil der Prochlorophyceen bis zu 75 % der Phytoplanktonpopulation. Diese Ergebnisse wurden durch die Untersuchungen mit Hilfe der Durchflusszytometrie bestätigt. So überwogen in den Oberflächenschichten zunächst Zellen der Gattung Synechococcus. Diese wurden mit zunehmender Tiefe durch Prochlorococcus ersetzt. Einen zahlenmäßig geringeren Anteil erreichten eukaryotische Picoplanktonzellen. In Biomasse umgerechnet überwog diese letzte Gruppe die beiden vorherigen allerdings. Dies ist auf die größeren Zellen der Picoeukaryoten zurückzuführen und konnte auch durch die höheren Zahlen der kleineren Zellen nicht kompensiert werden. An der Großen Meteorbank wurde eine erwartungsgemäß hohe Diversität von Coccolithophoriden gefunden. In den beiden untersuchten Tiefenhorizonten (100 und 200 m) zeigte sich bei 100 m die höhere Artenvielfalt und Abundanz, während bei 200 m nur noch wenige unversehrte Zellen gefunden wurden. Dies könnte mit Wegfraß durch Zooplanktonorganismen erklärt werden. Weiterhin reichte die mittlere euphotische Zone (0.1 % Lichttiefe) nur bis etwa 130 m, sodass nicht mehr genügend Licht für die Photosynthese zur Verfügung stand. Die Dominanz von Pico- und Nanoplankton ist allgemein aus oligotrophen Meeresgebieten, um welche es sich auch bei dieser Untersuchung handelte, bekannt und wird mit Anpassungen an die etwas höheren Nährsalzkonzentrationen in größeren Tiefen und die gleichzeitig verringerten Lichtintensitäten erklärt. Im Gegensatz zu einigen anderen Untersuchungen konnte an beiden Seamounts keine Erhöhung der Biomasse festgestellt werden. Auch die Primärproduktion, die nur am Ampere Seamount gemessen wurde, war nicht erhöht. Die dargestellten Ergebnisse lassen dennoch für beide untersuchten Seamounts auf ein getrenntes Ökosystem schließen. An der Großen Meteorbank wird dies insbesondere durch die Isolierung von Wassermassen und den darin enthaltenen Planktonorganismen über dem Bankplateau deutlich.

Cytogenetic mapping of the W chromosome in the genus Leporinus (Teleostei, Anostomidae) using a highly repetitive DNA sequence

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Rovearinids (stemless crinoids) in the Albian carbonates of the offshore Santos Basin, southeastern Brazil: stratigraphic, palaeobiogeographic and palaeoceanographic significance

Microfacies analysis of marine carbonates cored by Petrobras well 1-SPS-6 in the offshore Santos Basin (southeastern Brazil) has revealed a remarkable fossil assemblage of calpionellids (colomiellids), favusellids, hedbergellids, globigerinelloidids, buliminids, radiolarians, inoceramid prisms, roveacrinids, and saccocomids(?) preserved in lower Albian calcimudstones-wackestones of the lower part of the Guaruja Formation. This assemblage represents an allochtonous accumulation in a deep neritic to shallow bathyal hypoxic environment. Besides 'saccocomid-like' sections, the only determinable sections of roveacrinids are thecal plates of Poecilocrinus dispandus elongatus Peck, 1943. This species was previously only known from the Weno Formation of Texas. The Brazilian material extends its records farther south from at least the lower Albian, which then represents the earliest occurrence of this peculiar family in the South Atlantic region. Taking into account their Albian global distribution and the location of their oldest representative (Hauterivian near Alicante, Spain), the Roveacrinidae dispersed westward throughout all of Cretaceous Tethys. The Tethyan origin of Roveacrinidae is further evidence that, during late Aptian-Albian times, the northern South Atlantic (north of the Walvis-SBo Paulo Ridge) was supplied by a Tethyan water mass. (C) 2001 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Characterization and genome organization of a repetitive element associated with the nucleolus organizer region in leporinuselongatus (anostomidae: Characiformes)

Chromosome mapping and studies of the genomic organization of repetitive DNA sequences provide valuable insights that enhance our evolutionary and structural understanding of these sequences, as well as identifying chromosomal rearrangements and sex determination. This study investigated the occurrence and organization of repetitive DNA sequences in Leporinus elongatus using restriction enzyme digestion and the mapping of sequences by chromosomal fluorescence in situ hybridization (FISH). A 378-bp fragment with a 54.2% GC content was isolated after digestion with the SmaI restriction enzyme. BLASTN search found no similarity with previously described sequences, so this repetitive sequence was named LeSmaI. FISH experiments were conducted using L. elongatus and other Anostomidae species, i.e. L. macrocephalus,L. obtusidens, L. striatus, L. lacustris, L. friderici, Schizodon borellii, S. isognathus, and Abramites hypselonotus which detected signals that were unique to male and female L. elongatus individuals. Double-FISH using LeSmaI and 18S rDNA showed that LeSmaI was located in a nucleolus organizer region (NOR) in the male and female metaphases of L. elongatus. This report also discusses the role of repetitive DNA associated with NORs in the diversification of Anostomidae species karyotypes. Copyright © 2012 S. Karger AG, Basel.

Chromosome mapping of repetitive sequences in Anostomidae species: Implications for genomic and sex chromosome evolution

Background: Members of the Anostomidae family provide an interesting model system for the study of the influence of repetitive elements on genome composition, mainly because they possess numerous heterochromatic segments and a peculiar system of female heterogamety that is restricted to a few species of the Leporinus genus. The aim of this study was to isolate and identify important new repetitive DNA elements in Anostomidae through restriction enzyme digestion, followed by cloning, characterisation and chromosome mapping of this fragment. To identify repetitive elements in other Leporinus species and expand on studies of repetitive elements in Anostomidae, hybridisation experiments were also performed using previously described probes of LeSpeI repetitive elements. Results: The 628-base pair (bp) LeSpeII fragment was hybridised to metaphase cells of L. elongatus individuals as well as those of L. macrocephalus, L. obtusidens, L. striatus, L. lacustris, L. friderici, Schizodon borellii and S. isognathus. In L. elongatus, both male and female cells contained small clusters of LeSpeII repetitive elements dispersed on all of the chromosomes, with enrichment near most of the terminal portions of the chromosomes. In the female sex chromosomes of L. elongatus (Z2,Z2/W1W 2), however, this repeated element was absent. In the remaining species, a dispersed pattern of hybridisation was observed on all chromosomes irrespective of whether or not they were sex chromosomes. The repetitive element LeSpeI produced positive hybridisations signals only in L. elongatus, L. macrocephalus and L. obtusidens, i.e., species with differentiated sex chromosomes. In the remaining species, the LeSpeI element did not produce hybridisation signals. Conclusions: Results are discussed in terms of the effects of repetitive sequences on the differentiation of the Anostomidae genome, especially with respect to sex chromosome evolution. LeSpeII showed hybridisation patterns typical of Long Interspersed Elements (LINEs). The differential distribution of this element may be linked to sex chromosome differentiation in L. elongatus species. The relationship between sex chromosome specificity and the LeSpeI element is confirmed in the species L. elongatus, L. macrocephalus and L. obtusidens. © 2012 da Silva et al.; licensee BioMed Central Ltd.

Comparative analysis of sex chromosomes in Leporinus species (Teleostei, Characiformes) using chromosome painting

Background: The Leporinus genus, belonging to the Anostomidae family, is an interesting model for studies of sex chromosome evolution in fish, particularly because of the presence of heteromorphic sex chromosomes only in some species of the genus. In this study we used W chromosome-derived probes in a series of cross species chromosome painting experiments to try to understand events of sex chromosome evolution in this family.Results: W chromosome painting probes from Leporinus elongatus, L. macrocephalus and L. obtusidens were hybridized to each others chromosomes. The results showed signals along their W chromosomes and the use of L. elongatus W probe against L. macrocephalus and L. obtusidens also showed signals over the Z chromosome. No signals were observed when the later aforementioned probe was used in hybridization procedures against other four Anostomidae species without sex chromosomes.Conclusions: Our results demonstrate a common origin of sex chromosomes in L. elongatus, L. macrocephalus and L. obtusidens but suggest that the L. elongatus chromosome system is at a different evolutionary stage. The absence of signals in the species without differentiated sex chromosomes does not exclude the possibility of cryptic sex chromosomes, but they must contain other Leporinus W sequences than those described here. © 2013 Parise-Maltempi et al.; licensee BioMed Central Ltd.

Aplicação de marcadores moleculares no monitoramento genético de programas de hibridação interespecífica em pisciculturas brasileiras

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Identificação e caracterização de elementos retrotransponíveis da família Rex do genoma de espécies do genêro Leporinus SPIX, 1829 (Teleostei: Anostomidae)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Densidade de estocagem e restrição alimentar em juvenis de piapara

The effects of stocking density and food restriction in juvenile piapara (Leporinus elongatus) were studied by two experiments. In the first, 88 piaparas juveniles were stocked in three densities (0.13, 0.20 and 0.40 fish L-1) for 70 days. Were evaluated: weight gain, average consumption, specific growth rate and feed conversion. The experiment was conducted in completely randomized design with three treatments (0.13, 0.20 and 0.40 fish L-1) and four replicates. In the second experiment, 84 fish were divided into three treatments (RBD, with 4 replicates): control group (daily food); FDS group (animals fed on weekends) and Res 21 group (animals subjected to food restriction for 21 days). Highest stocking density resulted highest biomass produced. Fish subjected to food restriction for 21 days and animals fed on weekends group, displayed full compensatory growth.

Chromosome mapping of retrotransposable elements Rex1 and Rex3 in Leporinus Spix, 1829 species (Characiformes: Anostomidae) and its relationships among heterochromatic segments and W sex chromosome

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Biodiversidade dos parasitas de peixes provenientes do rio Sapucaí-Mirim, Estado de São Paulo, Brasil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The contrasting role of heterochromatin in the differentiation of sex chromosomes: an overview from Neotropical fishes

During the evolutionary process of the sex chromosomes, a general principle that arises is that cessation or a partial restriction of recombination between the sex chromosome pair is necessary. Data from phylogenetically distinct organisms reveal that this phenomenon is frequently associated with the accumulation of heterochromatin in the sex chromosomes. Fish species emerge as excellent models to study this phenomenon because they have much younger sex chromosomes compared to higher vertebrates and many other organisms making it possible to follow their steps of differentiation. In several Neotropical fish species, the heterochromatinization, accompanied by amplification of tandem repeats, represents an important step in the morphological differentiation of simple sex chromosome systems, especially in the ZZ/ZW sex systems. In contrast, multiple sex chromosome systems have no additional increase of heterochromatin in the chromosomes. Thus, the initial stage of differentiation of the multiple sex chromosome systems seems to be associated with proper chromosomal rearrangements, whereas the simple sex chromosome systems have an accumulation of heterochromatin. In this review, attention has been drawn to this contrasting role of heterochromatin in the differentiation of simple and multiple sex chromosomes of Neotropical fishes, highlighting their surprising evolutionary dynamism.

Pastaje (grazing) del microzooplancton en aguas de las Islas Canarias

[EN]The impact of micrograzers upon primary production was measured north of the Canary Islands during 2010 and 2011 using the dilution technique. Grazing was estimated from chlorophyll a but also taking into account the different phototrophic organisms, that is, Synechococcus (Syn), Prochlorococcus (Pro), autotrophic picoeukaryotes (APE) and autotrophic nanoflagellates (ANF). Some experiments showed significant values of grazing upon Syn, Pro or APE although no significant grazing was measured on chlorophyll a. Furthermore, a positive relationship, this means growth instead of grazing, was observed in Syn and Pro in two experiments. Grazing on heterotrophic prokaryotes was also determined and the obtained values were always highly significant. These results showed that the impact of micrograzers upon primary production is a complex process which involves a different grazing pressure upon phytoplankton groups. Therefore, a detailed analysis of the pico, nano and microplanktonic community is essential to really understand the role of micrograzers and the trophic interactions among these groups in subtropical waters.

Patterns in marine microbial community structure

Programa en Oceanografía