Cianobacterias en la Bahía de Mayagüez : Abundancia,

distribución y su relación con laspropiedades bio-ópticas

Yvette Ludeña Hinojosa

Universidad de Puerto Rico-Recinto Mayagüez

Departamento de Biología

BAHÍA DE MAYAGÜEZ

Ubicada al Oeste de Puerto Rico

Cubre 47Km2 de un total de 100Km2 del complejoBahía Mayagüez-Añasco

AAA

PROPIEDADES BIO-ÓPTICAS

Coeficiente de absorción (a)Coeficiente de dispersión (b)Coeficiente de retrodispersión (bb)Coeficiente de atenuación (c)

Propiedades ópticas inherentes

Propiedades ópticas aparentes

Coeficiente de atenuación difusa (Kd)

PROPIEDADES BIO-ÓPTICAS

Coeficiente de absorción(a)

Coeficiente de dispersión(b)

Coeficiente de atenuaciónc = a + b

LUZ INCIDENTE

Coeficiente de retrodispersión (bb)Fotones dispersados en dirección contraria a la direcciónde la luz

Coeficiente de atenuacion difusa de la luz (Kd)Sus valores dependen de las propiedades ópticasinherentes

Partículassuspendidas

Luz incidente

Agua bb

CIANOBACTERIAS

Parte importante del fitoplancton.

Tienen Clorofila-a como pigmento principal.

Clorofila-a tiene pico de absorción a 440 y 680nm.

Vesículas de GasRegulan su flotabilidad

Estructura

HeterocistoSitio único para la fijación de nitrógeno

cont. Cianobacteria

Cont…Cianobacterias

Picocianobacterias (0.2-2 µm), presente en muchos ambientes oligotróficos

OBJETIVOS

Determinar la abundancia de Cianobacterias en la Bahía de Mayagüez y establecer su relación espacial y temporal con las propiedades bio-ópticas.

Medir las propiedades ópticas aparentes e inherentes en la Bahía de Mayagüez.

Determinar la relación entre la densidad de Cianobacterias y la concentración de clorofila-a.

Caracterizar la estructura de la comunidad de Cianobacterias mediante la construcción y análisis de librería de clones y restricción de polimorfismo de la longitud del fragmento terminal (T-RFLP) del 16S DNA ribosomal de cianobacterias.

AREA DE ESTUDIO

Julio-diciembre 2005

Seis estaciones de muestreo

A1, AAA, G1 y Y1= costerasA2 y G2= oceánicas

Plan de muestreo

MATERIALES Y MÉTODOS

Cianobacteria y Clorofila-a

Muestras de agua

Conteo Cianobacteria en Sedgwick Rafter

Abundancia de Cianobacteria (cel/ml)

Filtrar 250ml (Bomba al vacío) en whatman

GF/F de 0.7μm

Lectura de Clorofila-a (μg/L) en fluorómetro TD-700-Turner

Filtrar 7 litros de agua en filtro de 20μm

Fijar con 4% de glutaraldehido Extracción clorofila-a con 10ml

de metanol 100%

Incubar a 4ºC por un máximo de 24h

Propiedades Bio-ópticas

Absorción y atenuación

412, 440,488, 676nm

Retrodispersión

442,470,671nm

ProfundidadIrradianza

412,443,491,684nm

ROSETA BIO-ÓPTICA

Coeficiente de atenuación difusa (Kd)1 Ed

Kd = ------------ ln -------------z1 - z2 Ed (z2)

Donde: Ed = irradianza Se calculó a 412, 443, 491 y 684nmz1y z2 = profundidad

ANOVA para comparar la variación de la abundancia de cianobacterias y las propiedades bio-ópticas.Correlación de Pearson: Cianobacterias y propiedadesbio-ópticas.Índice de Similitud de Bray Curtis

ANÁLISIS DE DATOS

Estructura de la comunidad de CianobacteriasMuestra de agua

Filtrar 1L en membrana estéril de 0.2 μm

Extracción de ADN

PCR del 16S rDNA de cianobacterias

Clonación del 16SrDNA en vector pGEM

Secuenciación de clones

Árbol filogenético (MEGA 3.1)OTUs, Indice de diversidad

(DOTUR), (%)Cobertura

PCR del 16S rDNA-iniciadormarcado con IRDye-700

Digestión con HaeIII, MspI, RsaI

Visualizar T-RFs con AnalizadorNEN®DNA LI-COR

Análisis de Correspondencia

T-RFLP Librería clones: AAA, G2

Análisis en Gel Pro Analyzer

PCR de clones

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

0

100

200

300

400

500

600

Julio Agosto Septiembre Octubre Diciembre

Meses

Fito

plan

cton

(cel

/ml)

Cianobacteria Ochrophyta Pyrrophyta Chlorophyta

Abundancia de Cianobacterias

GRUPO PORCENTAJE (%)

Ochrophyta (diatomeas)

83.4

Cianobacteria 3.6

Pyrrophyta 8.4

Chlorophyta 4.5

Total 99.9

0

5

10

15

20

25

A1 A2 AAA G1 G2 Y1

Estaciones

Cia

noba

cter

ias

(cel

/ml)

Julio Agosto Septiembre Octubre Diciembre

Cianobacteria

Variación de la abundancia de Cianobacterias a nivelespacial

12

34

67

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9 1

Similarity

G1

A1

Y1

AAA

A2

G2

100

68

7268

68

5

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Similitud

Trichodesmiummás abundante

Dendrograma de la abundancia de Cianobacteriasconstruida por el coeficiente de Bray Curtis

I

II

0

20

40

60

80

100

120

140

160

A1 A2 AAA G1 G2 Y1

Estaciones

Dia

tom

eas

(cel

/ml)

Julio Agosto Septiembre Octubre Diciembre

Diatomeas

Abundancia de diatomeas

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

A1 A2 AAA G1 G2 Y1

Estaciones

Clo

rofil

a-a

(μg/

L)

Julio Agosto Septiembre Octubre Diciembre

Clorofila-a

Variables r p<0.05Cianobacterias - Chl-aDiatomeas - Chl-aOtros - Chl-a

-0.260.570.19

0.04<0.001

0.06Total Fitoplancton - Chl-a 0.71 <0.001

Concentración de Clorofila-a

Coeficiente de absorción

Profundidad: Diciembre

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

412 440 488 676

Longitud de onda (nm)

Coe

ficie

nte

de a

bsor

ción

(m-1

)

Superficie:Agosto

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

412 440 488 676

Coe

ficie

nte

de a

tenu

ació

n (m

-1)

A1

A2

AAA

G1

G2

Y1

Profundidad:Diciembre

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

412 440 488 676

Longitud de onda (nm)

Coe

ficie

nte

de a

tenu

ació

n (m

-1)

Coeficiente de atenuaciónSuperficie: Agosto

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

412 440 488 676

Coe

ficie

nte

de a

bsor

ción

(m-1

)

A1

A2AAA

G1

G2Y1

Superficie

Profundidad

Variables r p<0.05

Cianobacteria – a 440 nmCianobacteria – a 676 nmCianobacteria – c 440 nmCianobacteria – c 676 nm

-0.24-0.22-0.38-0. 38

<0.001<0.001<0.001<0.001

Variables r p<0.05

Diatomeas – a 440 nmDiatomeas – a 676 nmDiatomeas – c 440 nmDiatomeas – c 676 nm

0.430.430.440.44

<0.001<0.001<0.001<0.001

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Log(Cianobacteria+1)(cel/ml)

Log(

a440

nm+1

)(m-1

)

r =- 0.24

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Log (diatomeas+1)(ug/L)

Log(

a440

nm+1

) (m

-1)

r = 0.43

Correlación Pearson: Cianobacterias, diatomeas con propiedades bio-ópticas

Coeficiente de retrodispersión

Superficie: Agosto

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

442 470 671

Longitud de onda (nm)

Coe

ficie

nte

de re

trod

ispe

rsió

n (m

-1)

A1

A2

AAA

G1

G2

Y1

Profundidad:Agosto

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

442 470 671

Longitud de onda (nm)

Coe

ficie

nte

de re

trod

ispe

rsio

n (m

-1)

Variables r p<0.05

Cianobacteria – bb442 nm Cianobacteria – bb681 nmDiatomeas – bb442 nmDiatomeas – bb681 nm

-0.19-0.130.280.28

0.150.310.030.03

Coeficiente de atenuación difusa (Kd)Julio

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

412 443 491 684

Kd

(m-1

)Agosto

412 443 491 684

Kd (m

-1)

A1A2AAAG1G2Y1

Septiembre

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

412 443 491 684

Kd

(m-1

)

Octubre

412 443 491 684

Kd

(m-1

)Diciembre

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

412 443 491 684

Longitud de onda (nm)

Kd (m

-1)

Cambios en la comunidad de cianobacterias en octubre mediante T-RFLP

MPM700650

600565530500495460

400364350

300

255

204200

145

100

50

G1G2 A1A2AAAY1 G1G2 A2AAAY1A1 G1G2 AAAA1 A2 Y1

HaeIII RsaI MspI

pb

T-RF

Análisis de correspondencia: Estructura de la comunidadde Cianobacteria mediante T-RFLP

G1-aG2-aA1-a

A2-a

AAA-aY1-a

G1-sG2-s

A1 -s

A2-sAAA- sY1-s

G1-o G2-oA1-o

A2-oAAA-o

Y1-o

G1-dG2-d

A1-dA2-d

AAA-d

Y1-d

-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

0.03

I

IIIIV

Eje (16%)

Eje

13(%

)

II

t-RFs únicos

t-RFs únicos

t-RFs comunes10

12

4

a=agostos=septiembreo=octubred=diciembre

Árbol filogenético de la librería de clones del 16 rDNA de la comunidad de cianobacterias en la AAA y G2

MG15 (20/28)Synechococcus sp- WH 8012MAAA24 (15/25)Synechococcus sp- str- CC905MAAA12 (6/25)Synechococcus sp- str- WH 8016MAAA11 (1/25)Synechococcus sp- str- CC905

MG5 (7/28)MG19 (1/28)

Synechococcus sp- CC9311Synechococcus sp- str- CC902

Synechococcus sp- str- WH 7803Synechococcus sp- str- Dim

MAAA25 (1/25)Synechococcus sp- str- RS99Merismopedia tenuissima

Phormidium sp-Lyngbya sp-strain PCC 7419

Phormidium sp- MBIC10070Phormidium sp- MBIC10003

Lyngbya majuscula HECTLyngbya bouillonii

Chroococcus turgidusOscillatoria sp

Merismopedia glaucaOscillatoria acuminata

Phormidium sp- DVL1003Trichodesmium tenueOscillatoria sancta

Trichodesmium hildebrandtiiTrichodesmium erythraeumTrichodesmium sp-

53

77

85

72

48

42

100

100

63

43

100

100

100

99

46

29

25

22

9

21

47

0.01

Librería clones

OTUs ShannonWeiner (H)

Simpson´s(1/D)

Jaccard Schao

MAAAMG2

5(25)3(28)

1.10.7

0.40.5

7.04.0

5.53.0

Análisis de Cobertura e Índice de diversidad de librería de clones en las estaciones AAA y G2

MAAA

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0

Tamaño de la librería

Cob

ertu

ra

MG2

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0

Tamaño de la librería

Cob

ertu

ra

92% 96%

CONCLUSIONESLas Cianobacterias fue el grupo menos abundante en la Bahía de Mayagüez durante el periodo de estudio y representó únicamente 3.6% del total de fitoplancton.

La abundancia de Cianobacterias es igual a nivel de superficie yprofundidad, la misma se ve afectada por la descarga de los ríos Añasco, Guanajibo y Yagüez, y por la resuspensión de sedimentos; especialmente en las estaciones costeras.

El grupo más abundante en la Bahía durante el periodo de estudio fueron las diatomeas y representó 83.4% del total del fitoplancton.

La clorofila-a tuvo variaciones a nivel espacial y temporal. Su mayor concentración fue en las estaciones costeras donde las diatomeas fueron abundantes.

La relación entre Cianobacterias y el coeficiente de absorción, atenuación y retrodispersión fueron negativas. Aunque son conocidas que tienen un rol importante en las propiedades ópticas de muchos ambientes marinos, no fueron determinantes de las propiedades bio-ópticas en la Bahía de Mayagüez

…….cont. .cont. conclusionesconclusiones

La relación entre diatomeas y el coeficiente de absorción, atenuación y retrodispersión fueron positivas. Lo que demuestra que contribuye a la variabilidad de las propiedades bio-ópticas en la Bahía de Mayagüez debido a su foto-adaptación en respuesta a cambios en la disponibilidad de la luz.

Se observó mas evidencia de la variación a nivel temporal y espacial de la comunidad de Cianobacterias mediante t-RFLP.

Librería de clones reveló que Synechococcus es un grupo dominante en las estaciones G2 y AAA de la Bahía de Mayagüez.

AGRADECIMIENTOS

Al Departamento de Biología de la UPRM por brindarme la oportunidad de seguir estudios de Maestría y por su apoyo como Asistente de Cátedra.

A mi Director de Tesis, Dr. Fernando Gilbes por su guía y consejos para concluir éste trabajo y por su confianza en formar parte de su equipo de investigación.

A los miembros del Comité Graduado, Drs. Arturo Massol y Rafael Montalvo por la revisión del manuscrito.

Al Dr. Arturo Massol, por las facilidades en el uso de materiales y equipos del Laboratorio de Ecología Microbiana, por sus valiosas sugerencias y aporte durante el desarrollo de este trabajo.

A NOAA-CREST, por la subvención para la ejecución de esta investigación.

…Cont. agradecimientos

A Patrik Reyes por su colaboración en la toma de muestras y a Vilmaliz Rodriguez por el procesamiento de datos de la Roseta Bio-óptica.

A MSc. Gladys Toro y Enid Rodríguez, por sus enseñanzas y consejos en las técnicas de Biología Molecular

A mis compañeros del Laboratorio de Ecología Microbiana

A todos mis amigos, Diana, Paola, Ana, Milena, Victor, Fransisco, Edward, Rogelinda, Sonia, Luis, Gina, Alejandro; por ser parte importante de mi estadía en Puerto Rico, por su cariño y por todo el apoyo brindado…Gracias por estar ahí!.

A mi madre…mi angel, a mi familia y a Eric, por enseñarme que la perseverancia y el esfuerzo son el camino para lograr objetivos.