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Iamê Alves Guedes DIVERSIDADE E DINÂMICA DE CIANOBACTÉRIAS E PRODUÇÃO DE MICROCISTINAS NO RESERVATÓRIO DO FUNIL-RJ DISSERTAÇÃO DE MESTRADO SUBMETIDA À UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO VISANDO A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS (BIOFÍSICA) Universidade Federal do Rio de Janeiro Centro de Ciências da Saúde Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho 2013

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Iamê Alves Guedes

DIVERSIDADE E DINÂMICA DE CIANOBACTÉRIAS E

PRODUÇÃO DE MICROCISTINAS NO RESERVATÓRIO DO

FUNIL-RJ

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO SUBMETIDA À

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO VISANDO A OBTENÇÃO DO GRAU DE

MESTRE EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS (BIOFÍSICA)

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Centro de Ciências da Saúde

Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho

2013

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Iamê Alves Guedes

DIVERSIDADE E DINÂMICA DE CIANOBACTÉRIAS E

PRODUÇÃO DE MICROCISTINAS NO RESERVATÓRIO DO

FUNIL- RJ

Dissertação de mestrado submetida à Universidade

Federal do Rio de Janeiro visando a obtenção do grau de mestre

em Ciências Biológicas (Biofísica).

Orientadoras: Dra. Sandra Maria Feliciano de Oliveira e Azevedo

Dra. Ana Beatriz Furlanetto Pacheco

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Centro de Ciências da Saúde

Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho

2013

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Guedes, Iamê Alves

Diversidade e Dinâmica de cianobactérias e produção de microcistinas no Reservatório do Funil- RJ

/ Iamê Alves Guedes. Rio de Janeiro, 2013.

137 p.: il.

Dissertação de Mestrado– Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Biofísica Carlos Chagas

Filho / Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas (Biofísica), 2013.

Orientadoras: Sandra Maria Feliciano de Oliveira e Azevedo

Ana Beatriz Furlanetto Pacheco.

1. Diversidade molecular. 2. cpcBA. 3. qPCR. 4. Microcistinas. 5. Fitoplâncton.

I. Sandra M.F.O e Azevedo, Ana Beatriz Furlanetto Pacheco. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro,

Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas (Biofísica).

III. Título.

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“Andar com fé eu vou,

que a fé não costuma "faiá" “

Gilberto Gil

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Agradecimentos

Tenho certeza que este trabalho só foi possível com a colaboração de muitos. Nesses

breves dois anos de mestrado foram muitos momentos vividos, de grande aprendizado

e crescimento. E com momentos tão intensos, tenho que agradecer muito a muitas

pessoas.

Agradeço ao CNPq pela concessão da bolsa de estudo que possibilitou a minha

dedicação a este trabalho

À minha orientadora, Profa. Sandra Azevedo, pela possibilidade de realizar este

projeto, apoio e incentivo ao longo da iniciação científica e mestrado. Sem dúvida a sua

ajuda foi fundamental para a realização deste trabalho e contribui muito para o meu

amadurecimento

A minha orientadora, Profa Ana Beatriz Pacheco, que sempre muito disposta, ajudou

muito na realização deste trabalho. Obrigada pelo apoio e pelas discussões ao longo

desses dois anos

A Profa Rosane Silva, pela revisão da dissertação.

À minha mãe, que desde sempre apoiou as minhas escolhas e permitiu que eu

chegasse até aqui.

Ao elcinho, meu p.p. querido, sempre presente

À minha irmã Maitê, grande companheira

Aos meus irmãos Gabi, Chris e Fábio e meus sobrinhos lindos

À minhas tias Cilene e Rose, que sempre me mimaram e me deram muito carinho!

À minha vó Adelaide e vô Abel, sempre dispostos, com seus bolinhos e pastéis.

À nininha, mel, toro e xangô, pelo amor incondicional

Aos queridos amigos da faculdade, que tornaram a Biologia muito mais divertida! Lívia,

Naná, Dani, Rafa, Mari, Mina, Rosa, Hugo, Henrique, Juarez e Suisso

Às queridas amigas da escola, com quem compartilhei muitos momentos, desde a

federal de química até hoje. Adriana, Gou e Patrícia.

À Nicoleta, companheira de todas as horas, com sua risada contagiante e com o lençol

sempre esticado.

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À Bel, orientadora querida e incentivadora que me apresentou as cianobactérias e o

reservatório do funil!

Aos amigos do LABUP, onde passei grande parte da iniciação científica e aprendi

muito, principalmente com meu orientador Ulysses Lins.

As queridas amigas Fernanda e Thaís, que conheci no LABUP, mas que quero manter

pela vida toda.

Aos amigos do LETC, com quem compartilho todos os meus dias. Muito obrigada pelo

apoio ao longo de todo o trabalho. Ricardinho, Roberta F. Roberta G. Carol, Dedéia,

Priscila, Rosane, Fernanda, Adriana, Lorena, Daniel, Barbara, Elis, Ana Svoboda, D.

Mirian, Luciane, Thabata e Simone

Às Profas Raquel e Valéria, com quem o convívio é muito prazeroso e enriquecedor.

À Dedéia e Carol, queridas amigas do laboratório e também da vida.

Ao Pedro, pela ajuda em todas as coletas, pelas discussões dos mais diversos temas e

pela amizade.

Ao Daniel pela imensa paciência e ajuda na análise das sequências

A Larissa, pela ajuda na obtenção das sequências.

A todos os membros da Unidade Genômica, especialmente à Lívia, Carol e Letícia,

sempre muito dispostas em sanar minhas dúvidas.

A meu namorado querido e amado, que consegui me aguentar nessa reta final!

Obrigada pelos momentos de relaxamento e compreensão!

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Resumo

GUEDES, Iamê Alves – Diversidade e dinâmica de cianobactérias e produção de microcistinas no Reservatório do Funil – RJ. Rio de Janeiro (2013). Dissertação (mestrado em Biofísica) – Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho- Universidade Federal do Rio de Janeiro. 2013

O reservatório do Funil é localizado no município de Resende e apresenta frequentes

florações de cianobactérias. O objetivo deste estudo foi analisar a diversidade molecular e

de morfotipos de cianobactérias e sua dinâmica temporal durante um período de maior

incidência de florações no Reservatório do Funil, assim como a produção de microcistinas.

Foram realizadas coletas de outubro de 2011 a abril de 2012 e as maiores biomassas

fitoplanctônicas foram detectadas em amostras do mês de outubro (5,7 mm3.L

-1), dezembro

(7,6 mm3.L

-1) e fevereiro (5,8 mm

3.L

-1). As cianobactérias dominaram ao longo de todo o

período e sua contribuição variou de 88% a 99,8% da biomassa fitoplanctônica. Os

principais táxons encontrados foram Microcystis spp., Dolichospermum sp. e

Cylindrospermopsis raciborskii. Foi observada a alternância de dominância entre eles, e

Microcystis spp dominou em outubro e dezembro, C. raciborskii em janeiro e

Dolichospermum sp. em fevereiro. Foi detectada microcistina em amostras de todos os

meses, identificando-se 3 variantes, microcistina-LR, RR e YR e as concentrações

variaram de 589,9 a 13,6 ng.L-1

. Não foram detectadas células de Dolichospermum

potencialmente produtoras de microcistina, indicando que Microcystis foi o gênero

responsável pela produção de microcistina nas amostras analisadas. A proporção de

genótipos de Microcystis potencialmente produtores de microcistina foi avaliada por qPCR

e foi observada variação de 9 a 100%. A diversidade genética das cianobactérias foi

avaliada através das sequências cpcBA obtidas em cada mês. Foram sequenciados 204

clones e observou-se ao todo 58 genótipos. Desses, 48 foram genótipos de Microcystis, 7

de Cylindrospermopsis, 1 de Pseudoanabaena e 1 de Dolichospermum. Sequências únicas

corresponderam a 44 genótipos. Um genótipo de Microcystis ocorreu em todos os meses,

dois ocorreram em 5 meses e a maioria ocorreu em apenas 1 ou 2 meses. O marcador

cpcBA foi útil para diferenciar gêneros de cianobactérias e para revelar a variabilidade

intraespecífica, mas sua análise não concordou com a designação de espécies no gênero

Microcystis.

Palavras chave: Diversidade molecular. Cianobactérias. cpcBA. Microcistinas

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Abstract

GUEDES, Iamê Alves – Diversity and dynamics of cyanobacteria and microcystin production in the Funil Reservoir - RJ. Rio de Janeiro (2013). Master thesis (Master in Biophysics) – Institute of Biophysics Carlos Chagas Filho- Federal University of Rio de Janeiro. 2013

The Funil reservoir is located in Resende, RJ and presents frequent cyanobacterial

blooms. The aim of this study was to analyze the diversity of cyanobacteria and their

temporal dynamics during a bloom in the Funil reservoir, as well as the production of

microcystins (MC), using different approaches. Water samples were collected from

October 2011 to April 2012 and the largest values of phytoplankton biomass were

detected in samples of October (5.7 mm3.L-1), December (7.6 mm3.L-1) and February

(5.8 mm3.L-1). Cyanobacteria dominated throughout the period and contributed with

88% to 99.8% of the phytoplankton biomass. The major taxa found were Microcystis

spp., Cylindrospermopsis raciborskii and Dolichospermum sp. We observed the

alternation of dominance between these three taxa, where Microcystis spp was

dominant on October and December, C. raciborskii samples on January and

Dolichospermum sp. on February samples. Phytoplankton biomass correlates positively

with Microcystis biomass , NH4+, chlorophyll and pH and negatively with NO3

- and DIN.

MC was detected in all samples, including three isoforms, MC-LR, RR and YR, and

concentrations ranged from 589.9 to 72.8 ng.L-1. The proportion of Microcystis

genotypes potentially producing MC was measured by qPCR and high variation was

observed , ranging from 9 to 100%. Genetic diversity of cyanobacteria was evaluated by

means of cpcBA sequences from each month. We sequenced 204 clones and observed

58 genotypes. Of these, 48 were genotypes of Microcystis, 7 Cylindrospermopsis 1,

Pseudoanabaena and 1 Dolichospermum; 44 unique sequences were found. One

Microcystis genotype was observed in all samples, 2 occurred in 5 months and the

majority only in 1 or 2 months. The cpcBA marker was useful to distinguish

cyanobacteria genera and to reveal intraspecific variability, but the analysis did not

support species assignment in the Microcystis genera.

Keywords: Molecular diversity, cyanobacteria, cpcBA, mycrocistin

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Lista de Figuras

Figura 1- Lista de fatores ambientais positivos e negativos relacionados às florações de

cianobactérias. ..........................................................................................................................18

Figura 2- Representação esquemática da via de biossíntese da microcistina. ..........................22

Figura 3 - Estrutura da molécula da microcistina .......................................................................24

Figura 4 –Grupamento gênico da microcistina. .........................................................................26

Figura 5- Representação esquemática do conjunto de genes da ficocianina. ...........................32

Figura 6 - Localização do Reservatório do Funil. ......................................................................39

Figura 7- Foto aérea da região da barragem do Reservatório do Funil .....................................39

Figura 8 - Floração de cianobactérias registrada próximo à barragem ......................................40

Figura 9- Conjunto de genes relacionados à síntese de microcistina em diferentes gêneros de

cianobactérias. ..........................................................................................................................47

Figura 10 - Resumo das etapas realizadas para a obtenção (A) e análise de sequências de

cpcBA (B) ..................................................................................................................................48

Figura 11 - Variação mensal (out 2011 - abril 2012) da temperatura média e precipitação no

município de Resende-RJ. ........................................................................................................55

Figura 12 - Variação de temperatura (a) e pH (b) na zona eufótica ao longo dos meses ( ........56

Figura 13 - Variação da concentração de clorofila e da biomassa fitoplanctônica. ....................59

Figura 14 - Principais morfotipos de cianobactérias encontrados no reservatório do Funil. .......60

Figura 15 - Variação mensal (2011-2012) da biomassa fitoplanctônica tota (A)l e contribuição

relativa dos principais táxons de cianobactérias ........................................................................62

Figura 16 - Variação mensal das concentrações dos três variantes de microcistinas................63

Figura 17 - Variação mensal (2011-2012) de valores de equivalentes de célula/mL para

cianobactéria total (cya), Microcystis (micr) e genótipos mcyB+ de Microcystis (mcyB) no

reservatório do Funil. ................................................................................................................66

Figura 18 - Variação mensal (2011-2012) da razão entre equivalente de células mcyB+ e

equivalente de células de Microcystis. ......................................................................................67

Figura 19 - Variação mensal dos valores de (a) equivalentes de células de Microcystis

potencialmente produtoras de microcistina (mcyB) e concentrações de microcistina. (b) cota

celular de microcistina por número de genótipos de Microcystis potencialmente ......................68

Figura 20 - Produtos da amplificação por PCR da região (a) rDNA16S (b) mcyE Microcystis e

(c) mcyE Dolichospermum. 1 - padrão de peso molecular de DNA, banda mais forte indica 1

kb; 2 - DNA cromossômico de uma linhagem isolada de M. aeruginosa; 3 a 9 - DNA

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cromossômico de amostras de água dos meses de: outubro, novembro, dezembro, janeiro,

fevereiro, março, abril; 10 - controle negativo, sem DNA molde. ...............................................69

Figura 21 - Produtos da amplificação por PCR da região cpcBA usando como molde DNA

cromossômico total de amostras ambientais. Gel de agarose 0,8% em TAE. À direita o padrão

de peso molecular de DNA 1KB gene Ladder. ..........................................................................70

Figura 22 - Variação mensal da ocorrência relativa de genótipos de cianobactérias, segundo a

região cpcBA. M, Microcystis; C, Cylindrospermopsis; A Dolichospermum; P,

Pseudoanabaena;UC genótipos únicos de Cylindrospermopsis; e UM, genótipos únicos de

Microcystis. ...............................................................................................................................72

Figura 23 - Minimmum spaning tree de todas as sequências obtidas. ......................................74

Figura 24 - Minimmum spanning tree das sequências do gênero Microcystis. ..........................75

Figura 25 - Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise

de distância (Neighbor-Joining) do mês de outubro. ................................................................77

Figura 26 - Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise

de distância (Neighbor-Joining) do mês de novembro. .............................................................78

Figura 27- Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise

de distância (Neighbor-Joining) do mês de dezembro. .............................................................79

Figura 28 - Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise

de distância (Neighbor-Joining) do mês de janeiro. ..................................................................80

Figura 29 - Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise

de distância (Neighbor-Joining) do mês de fevereiro. ...............................................................81

Figura 30 - Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise

de distância (Neighbor-Joining) do mês de março. ..................................................................82

Figura 31 - Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise

de distância (Neighbor-Joining) do mês de abril. ......................................................................83

Figura 32- Desenho esquemático da associação entre biomassa de Microcystis, proporção de

genótipos tóxicos, cota celular e concentração de microcistina. ............................................. 107

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Lista de Tabelas

Tabela 1- Valores de DL50 de cianotoxinas ........................................................................................ 21

Tabela 2- Levantamento de dados da proporção de genótipos potencialmente produtores de

microcistina. ............................................................................................................................................. 28

Tabela 3 - Primers utilizados em ensaios de PCR quantitativo ........................................................ 44

Tabela 4 - Condições de amplificação para os primers utilizados nos ensaios de PCR

quantitativo ................................................................................................................................................ 45

Tabela 5 - Sequências dos primers utilizados para clonagem e sequenciamento da região

cpcBA ......................................................................................................................................................... 50

Tabela 6 - Variáveis limnológicas na amostra integrada da zona eufótica do ponto amostrado

do reservatório do Funil. . ....................................................................................................................... 58

Tabela 7 - Análise de correlação da biomassa de cianobactérias e de Microcystis com as

variáveis abióticas. . ..................................................................................... Erro! Indicador não definido.

Tabela 8 - Parâmetros da curva de calibração do PCR quantitativo e temperatura de

desnaturação dos produtos gerados com cada par de primer utilizado. ......................................... 65

Tabela 9 - Estimativa de riqueza, cobertura da amostragem e índice de diversidade de

Shanonn dos genótipos de cianobactérias do reservatório do Funil ............................................... 73

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Lista de Abreviaturas

Ct – cycle threshold

cpcBA - genes que codificam para de ficocianina b e a

DGGE- Eletroforese em Gel de Gradiente Desnaturante

DL 50 - dose letal mediana

dNTP – desoxirribonucleotídeos trifosfatados

IPTG - isopropil-β-D-tiogalactopiranosídeo

kb – quilobases

LETC - Laboratório de Ecofisiologia e Toxicologia de Cianobactérias

MC - Microcistina

NID – Nitrogênio Inorgânico Dissolvido

pb – pares de base

PCR – Reação em Cadeia da Polimerase

qPCR – PCR quantitativo

rDNA – gene que codifica para RNA ribossomal

RFLP - Polimorfismo de Tamanhos de Fragmentos de Restrição

PCA - Análise de Componentes Principais

RDA – Análise de Redundância

SRP- Fósforo Solúvel Reativo

TAE - Tris Acetato EDTA

TP - Fósforo total

U - unidade

X-GAL- 5-bromo-4-cloro-3-indolil-alfa-D-galactopiranosídeo

WHO- Organização Mundial de Saúde

.

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Sumário

1- Introdução ........................................................................................................................................... 14

1.1 Florações de cianobactérias .............................................................................................................. 15

1.2 Florações de cianobactérias em reservatórios brasileiros ................................................................ 19

1.3 Cianotoxinas ...................................................................................................................................... 20

1.4 Microcistinas ..................................................................................................................................... 22

1.5 Diversidade genética das cianobactérias .......................................................................................... 30

1.6 Ocorrência de cianobactérias no Reservatório do Funil ................................................................... 34

2. Objetivos ................................................................................................................................................. 37

2.1 Objetivo Geral ................................................................................................................................... 37

2.2 Objetivos específicos......................................................................................................................... 37

3. Área de estudo ........................................................................................................................................ 38

4. Materiais e Métodos ............................................................................................................................... 41

4.1 Amostragem ...................................................................................................................................... 41

4.2 Clorofila a e nutrientes ..................................................................................................................... 41

4.3 Fitoplâncton ...................................................................................................................................... 42

4.4 Análise de microcistinas .................................................................................................................... 43

4.5 Proporção de genótipos potencialmente produtores de microcistina ............................................. 43

4.6 Identificação de genótipos de cianobactérias .................................................................................. 47

4.7 Análise estatística ............................................................................................................................. 54

5. Resultados ............................................................................................................................................... 55

5.1 Dados Abióticos ................................................................................................................................ 55

5.2 Fitoplâncton ...................................................................................................................................... 58

5.3 Microcistinas ..................................................................................................................................... 63

5.4 Quantificação de genótipos potencialmente produtores de microcistina ....................................... 64

5.5 Diversidade de genótipos de cianobactérias. ................................................................................... 70

6 – Discussão ............................................................................................................................................... 84

Relação entre fatores abióticos e biomassa fitoplanctônica .................................................................. 84

Identificação e dinâmica de gêneros/espécies de cianobactérias .......................................................... 89

Quantificação de microcistina ................................................................................................................ 96

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Genótipos potencialmente produtores de microcistina ......................................................................... 97

Cota celular de microcistina .................................................................................................................. 103

Dinâmica de genótipos de cianobactérias ............................................................................................ 108

7- Perspectivas .......................................................................................................................................... 115

8- Conclusões ............................................................................................................................................ 115

9 - Referências........................................................................................................................................... 117

Anexo 1 - Táxons identificados no reservatório do Funil .......................................................................... 133

Anexo 2- Sequências utilizadas nas árvores filogenéticas construídas neste trabalho ............................ 134

Anexo 3 – Curva de calibração dos primers utilizados nos ensaios de qPCR ............................................ 136

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1- Introdução

As cianobactérias são procariotos fotossintetizantes amplamente distribuídos em

ecossistemas de água doce, marinho e estuarino. Este grupo possui uma longa história

evolutiva, e evidências fósseis indicam que já eram abundantes há mais de 2,5 bilhões

de anos , e podem ter surgido há 3,5 bilhões de anos (Schopf, 2000). As cianobactérias

foram os primeiros organismos primitivos conhecidos a produzir oxigênio através da

fotossíntese e possuem papel fundamental na produção primária global e fixação do

nitrogênio (Carey et al., 2012).

Este grupo apresenta características estruturais e metabólicas que lhe confere grande

plasticidade adaptativa, podendo ser encontrado também colonizando solos e rochas,

onde desempenha importante papel nos processos funcionais do ecossistema e na

ciclagem de nutrientes (Azevedo, 1998). As cianobactérias apresentam grande

variação morfológica, podendo ser unicelulares, coloniais ou filamentosas e estão

classificadas em aproximadamente 150 gêneros e mais de 2000 espécies (Van den

Hoek et al., 1995). Possuem clorofila-a, carotenóides e ainda outros pigmentos

acessórios como as ficobilinas: ficocianina, ficoeritrina e aloficocianina. Também

apresentam uma série de adaptações, descritas a seguir, que as auxiliam a sobreviver

em ambientes em que outros microrganismos fotossintetizantes não são capazes de

sobreviver (Yoo et al., 1995). Vários gêneros de cianobactérias possuem a capacidade

de fixar nitrogênio atmosférico (Gallon, 1992), estocar fósforo em vesículas

intracelulares (Carr & Whitton et al., 1992) e acumular ferro e outros metais. Outra

adaptação importante presente em algumas espécies são os acinetos, células de

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resistência que permitem que as cianobactérias sobrevivam em momentos

desfavoráveis, mesmo na ausência de luz, e depois regenerem em melhores condições.

A presença de vacúolos gasosos é outra característica adaptativa importante que

permite que algumas cianobactérias flutuem na zona fótica e explorem de forma

otimizada a coluna d’ água (Padisák, 2004). As cianobactérias constituem um grupo

bastante antigo e diverso, incluindo espécies que apresentam estratégias

ecofisiológicas muito diferentes e algumas vezes até contrastantes.

A grande variedade de fenótipos observados nas cianobactérias permite que este

grupo ocupe tanto ambientes com escassez de nutrientes, como ambientes

enriquecidos (Paerl & Otten, 2013). Todas essas características permitem que algumas

espécies de cianobactérias formem florações nos ambientes aquáticos, principalmente

em ambientes eutrofizados. A eutrofização ocorre quando o enriquecimento por

nutrientes excede a capacidade de assimilação em um sistema (Reynolds, 2006). Esse

processo pode ser natural, ocorrendo ao longo de décadas, mas a crescente

urbanização, sem o devido avanço dos sistemas de tratamento de efluentes, tem

levado ao lançamento de esgoto em rios e outros sistemas aquáticos, o que aumenta a

carga de nutrientes e reduz a concentração de oxigênio na água, contribuindo para a

eutrofização artificial ou cultural.

1.1 Florações de cianobactérias

As florações de cianobactérias, resultado do crescimento massivo de células desses

microrganismos na coluna d’água, culminam em grandes alterações na qualidade da

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água. As florações resultam na diminuição de transparência da água, que suprime o

crescimento de macrófitas aquáticas, afetando negativamente habitats de invertebrados

e peixes. Outro aspecto importante é a decomposição das florações de cianobactérias

por bactérias heterotróficas, levando à diminuição ou até mesmo esgotamento do

oxigênio, e consequentemente causando a mortandade de peixes. (Paerl & Otten,

2013). As florações também levam à diminuição da diversidade ecológica, alterações

nas cadeias alimentares, com potenciais efeitos na ciclagem de nutrientes e diminuição

da diversidade de espécies planctônicas (Pearl, 2008).

Além de profundas mudanças ecológicas no ambiente, as florações de cianobactérias

podem ser formadas por espécies produtoras de toxinas, que podem causar intoxicação

em organismos aquáticos e mamíferos (incluindo seres humanos), o que representa um

sério problema de saúde pública, principalmente quando da ocorrência dessas

florações em mananciais de abastecimento.

As principais espécies de cianobactérias formadoras de florações tóxicas em ambientes

de água doce são pertencentes aos gêneros Dolichospermum, Aphanizomenon,

Cylindrospermopsis, Microcystis e Planktothrix (Pearl, 2008).

Vários fatores relacionados às florações de cianobactérias são bastante explorados e

conhecidos (Figura 1) (Pearl, 2008, Paerl & Otten, 2013). O enriquecimento de

nutrientes dos ambientes aquáticos é sem dúvida o fator mais associado ao

aparecimento e persistência das florações de cianobactérias (Paerl & Otten, 2013).

Tradicionalmente, o fósforo tem sido considerado o principal elemento limitante ao

crescimento das cianobactérias e altas concentrações deste elemento são relacionadas

às florações, especialmente no caso daquelas formadas por espécies fixadoras de

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nitrogênio, que podem suprir a sua demanda por este elemento através da fixação do

nitrogênio atmosférico (Downing et al., 2001). Entretanto, recentemente foi proposta a

revisão do paradigma de que somente o fósforo seria o fator preponderante para o

aparecimento de florações e diversos trabalhos têm demonstrado que a fixação de

nitrogênio não é suficiente para suprir as demandas por este elemento (Ferber et al.,

2004, Lewis & Wurtsbaugh, 2008). O alto custo energético deste processo, a inibição da

fixação de nitrogênio provocada pela produção de oxigênio durante a fotossíntese e a

necessidade de outros cofatores podem limitar a fixação de nitrogênio (Paerl & Otten,

2013).

Temperaturas elevadas também favorecem gêneros formadores de florações de

superfície, por estes possuírem taxas máximas de crescimento em temperaturas acima

de 25ºC (Paerl & Otten, 2013). A temperatura é um dos fatores ambientais que mais

afetam o crescimento das microalgas e cianobactérias, uma vez que influencia

diretamente processos metabólicos relacionados à fotossíntese e outras vias

biossintéticas (Robarts & Zohary, 1987; Davidson, 1991; Cole & Jones, 2000). Embora

a variação anual da temperatura nos trópicos não seja tão grande quanto na região

temperada, a ocorrência de cianobactérias em muitos sistemas brasileiros tem sido

relacionada a períodos de temperaturas mais elevadas (Branco & Senna, 1994; Bouvy

et al., 2000; Huszar et al., 2000; Marinho & Huszar, 2002).

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A dominância das cianobactérias também é associada a algumas condições

ambientais características, tais como: regime de mistura com estratificação duradoura

da coluna d’água (Reynolds, 1987) ou diária (constância ambiental) (Ganf, 1974); baixa

disponibilidade de luz (Zevenboom & Mur, 1980; Smith, 1986); reduzida razão Zona

eufótica/Zona de mistura (Jensen et al., 1994); pH elevado com baixa disponibilidade de

CO2 (Caraco & Miller, 1998).

Quanto à pressão de herbivoria sobre o fitoplâncton, que seria um potencial fator

controlador de florações, esta tende a ser maior em ambientes oligotróficos do que em

ambiente eutróficos. Além disso, certas características morfológicas de espécies

formadoras de florações, como formação de colônias e grandes filamentos, dificultam a

herbivoria, apesar de alguns grupos zooplanctônicos possuírem a capacidade de

manipular filamentos de cianobactérias. (Paerl & Otten, 2013).

Figura 1- Lista de fatores ambientais positivos e negativos relacionados às florações de cianobactérias. ↑indicam fatores que favorecem as florações de cianobactérias e ↓ indicam condições desfavoráveis ao crescimento de cianobactérias. (Modificado de Paerl & Otten, 2013)

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19

1.2 Florações de cianobactérias em reservatórios brasileiros

Os reservatórios são ecossistemas artificiais com grande potencial de eutrofização,

devido à liberação de matéria orgânica da área alagada, além da forte influência da

entrada de material alóctone da bacia de drenagem e, portanto, constituem um dos

ecossistemas mais favoráveis à expansão das florações de cianobactérias no Brasil

(Sant’Anna et al., 2008). A maioria dos reservatórios de água apresenta essas

características durante grande parte do ano, concorrendo para a intensificação e

ocorrência de florações. A disposição inadequada de rejeitos domésticos e industriais

nos mananciais de abastecimento tem contribuído para que a ocorrência destes

fenômenos seja cada vez mais comum nestes ambientes (Lapolli et al., 2011).

Florações de cianobactérias potencialmente tóxicas têm sido registradas em vários

ecossistemas aquáticos no Brasil (Costa et al, 2006), geralmente em épocas de maior

consumo de água, nos meses de verão, causando entupimento de filtros nas estações

de tratamento de água, problemas estéticos e muitas vezes levando à impossibilidade

de uso da água (Fernandes et al. 2009).

Segundo Sant’Anna et al. (2008) já foram descritas 32 espécies de cianobactérias

tóxicas no Brasil, distribuídas em vários estados, principalmente na região Sudeste.

Segundo esses autores, a região tropical no Brasil apresenta menor diversidade de

cianobactérias tóxicas (14 espécies) se comparada à região subtropical (27 espécies).

Provavelmente esta discrepância entre o número de espécies descritas em cada região

é relacionada ao maior esforço de amostragem nas regiões Sul e Sudeste. Os gêneros

com maior número de espécies tóxicas já estudadas são Microcystis (7 espécies) e

Dolichospermum (6 espécies) e as espécies potencialmente tóxicas Microcystis

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aeruginosa e Cylindrospermopsis raciborskii foram as mais frequentemente registradas,

ocorrendo em áreas tropicais e subtropicais (Sant´Anna et al. 2008). Segundo Dorr et

al., (2010), florações de cianobactérias já foram registradas em 11 dos 26 estados

brasileiros, principalmente em reservatórios artificiais no Nordeste, mas também em

lagoas costeiras, estuários e rios. A maioria das florações tóxicas no Brasil é formada

por espécies produtoras de microcistina (Dorr et al., 2010).

1.3 Cianotoxinas

Alguns gêneros de cianobactérias são capazes de produzir metabólitos secundários

altamente prejudiciais à saúde humana e de animais (Tabela 1). Estas toxinas têm sido

classificadas, de acordo com os sintomas observados em vertebrados, em

hepatotoxinas (microcistinas e nodularina), neurotoxinas (anatoxina-a, anatoxina-a(S),

saxitoxinas e β-Metilamino-L-alanina - BMMA), citotoxinas (cilindrospermopsina) e

dermatotoxinas (lygyatoxina e aplysiatoxinas) (Carmichael, 2001; Dittman et al., 2013).

Ao longo das últimas três décadas, relatos de produção de substâncias tóxicas por

cianobactérias aumentaram, tanto em frequência quanto em distribuição global, ao

mesmo tempo intoxicações humanas têm ocorrido regularmente (Neilan et al., 2012).

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Tabela 1- Valores de DL50 de cianotoxinas (Dittman et al., 2013)

Recentemente, vêm sendo descritas as bases genéticas para a biossíntese de diversas

cianotoxinas, com a identificação e caracterização dos genes envolvidos na sua síntese

(Figura 2) (Neilan et al., 2012). Algumas cianotoxinas, como microcistina e a nodularina

são sintetizadas por um mecanismo enzimático conhecido como síntese não-

ribossômica de peptídeos (Dittman et al., 2013). Este tipo de síntese utiliza uma grande

variedade de substratos e é catalisada por enzimas com atividade peptídeo sintetase

e/ou policetídeo sintase (Welker & von Döhren, 2006). Essas enzimas são encontradas

em fungos, cianobactérias e outras bactérias, e são capazes de sintetizar peptídeos

independentemente de ribossomos. A maioria dos peptídeos não ribossomais de

microrganismos é classificada como metabólitos secundários, o que significa que eles

não têm um papel no metabolismo primário, crescimento ou reprodução, mas de algum

modo beneficiam o organismo que o produz (Valerio et al, 2010).

DL50 para injeção intraperitonial em camundongos µg kg-1

Microcistina-LR 50–60

Microcistina-RR 500

Nodularina 30–50

Cilindrospermopsina 200

Anatoxina-a 375

Homoanatoxina-a 250

Saxitoxina 10

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1.4 Microcistinas

A maioria das florações de cianobactérias tóxicas reportada em todo o mundo é

constituída por espécies produtoras dos cianopeptídeos microcistina e nodularina.

(Dittman et al., 2013). Microcistinas são heptapeptídeos cíclicos que possuem uma

estrutura básica comum (Figura 3). A estrutura química geral das microcistinas se

Figura 2- Representação esquemática da via de biossíntese da microcistina. Os nomes das enzimas caracterizadas bioquimicamente são mostrados em vermelho. As outras reações propostas são baseadas em análises de bioinformática. Cada círculo e retângulo representam domínios enzimáticos PKS (policetídeo sintase) e NPRS(enzimas peptídeo sintetase não-ribossômica) respectivamente (Dittman et al., 2013)

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compõe de 5 D-aminoácidos conservados e 2 L-aminoácidos variáveis, formando uma

estrutura cíclica. Além da maior parte dos aminoácidos da molécula ser de isomeria D,

pouco comum em estruturas biológicas, há dois aminoácidos raros: 3-amino-9-metoxi-

2,6,8-trimetil-10-fenildeca-4,6-ácido dienóico (ADDA) e N-metildehidroalanina (Mdha)

(Harada et al., 1996; Soares, 2009b). A variação estrutural da microcistina pode ocorrer

em todos os sete aminoácidos, no entanto, mais substituições ocorrem nas duas

regiões variáveis de L-aminoácidos, nas posições X e Z (Figura 3). Essas variações

garantem à molécula maior ou menor hidrofilia e diferentes potenciais tóxicos. Mais de

80 variantes de microcistina já foram descritas, variando o grau de metilação,

hidroxilação, sequência peptídica e toxicidade (Tabela 1) (Welker & von Döhren, 2006).

As microcistinas inibem proteínas fosfatases 1 e 2A de eucariotos, ligando-se

covalentemente a um resíduo de cisteína presente no sítio catalítico destas enzimas

(Neilan et al., 2012). Esta inibição enzimática resulta na hiperfosforilação de diversos

alvos subcelulares. O efeito estrutural mais pronunciado dessa hiperfosforilação é a

desorganização do citoesqueleto e perda de forma celular (Falconer & Yeung, 1992).

As microcistinas são predominantemente produzidas por cianobactérias dos gêneros

Microcystis, Planktothrix e Anabaena (Sivonen & Jones, 1999), apesar de já terem sido

descritas em gêneros terrestres, como Nostoc e Hapalosiphon (Oksanen et al., 2004) e

bentônicos Phormidium (Izaguirre et al., 2007) e outros gêneros planctônicos como

Pseudoanabaena (Paerl & Otten, 2013).

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A concentração de microcistinas no ambiente é usualmente determinada a partir de

amostras liofilizadas das florações de cianobactérias. A maior concentração de

microcistina na água já descrita foi de 7300 µg.L-1 (Zhang et al., 1991), e em florações

de superfície já foram detectados 2500 µg.L-1 (Chorus & Bartram, 1999). A maior parte

da microcistina é intracelular, e pouco ou quase nada é encontrada dissolvida na água.

Normalmente, as concentrações encontradas dissolvidas na água não excedem 1 µg.L-

1, valor máximo recomendado pela WHO (Organização Mundial de Saúde) para que

água possa ser usada para o consumo humano. Apesar disto, já foi detectada

dissolvida na água, após o colapso de uma floração, uma concentração de cerca de

1800 µg.L-1 de microcistina dissolvida (Jones & Orr, 1994). A bioacumulação já foi bem

caracterizada em zooplâncton, peixes, crustáceos e moluscos (Ferrão-Filho et al. 2002,

Magalhães et al. 2003, Soares et al. 2004, Vasconcelos 1995).

Microcistina

MC-LR L-Leu L-Arg CH3

MC-RR L-Arg L-Arg CH3

MC-YR L-Tyr L-Arg CH3

Figura 3 - Estrutura da molécula da microcistina (MC). Os aminoácidos X e Z e o grupo R1 são variáveis conforme tabela à direita. Os aminoácidos que formam a molécula de MC estão numerados de 1 a 7 (adaptado de Tanabe et al., 2009)

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A elucidação dos genes envolvidos na síntese da microcistina iniciou-se com o estudo

comparativo de duas linhagens de Microcystis aeruginosa, uma produtora e outra não

produtora de microcistina (Dittmann et al., 1997). Posteriormente, o agrupamento

gênico completo de 55 kb, contendo 10 genes, foi descrito nesta espécie (Nishizawa et

al., 1999, Tillett et al., 2000). Os genes envolvidos na síntese de microcistina também

foram caracterizados em linhagens de Planktothrix agardhii (Christiansen et al., 2008) e

Anabaena sp. (Rouhiainen et al., 2004). Em todos os gêneros o agrupamento gênico é

semelhante, apesar de algumas diferenças como o arranjo dos genes, seu tamanho e

orientação (Figura 4) (Dittman et al, 2013).

Nem todas as linhagens de um gênero possuem a capacidade de produzir toxinas e,

portanto, linhagens tóxicas e não tóxicas podem coexistir no mesmo ambiente.

Inicialmente, a distribuição variável da capacidade de síntese de microcistina entre as

linhagens de um gênero era atribuída à transferência lateral de genes (Schwabe et al.,

1988), mas estudos filogenéticos vieram a demonstrar que a presença de genes para

produção de toxinas é uma característica ancestral das cianobactérias e que linhagens

não tóxicas aparecem devido a mutações e perda parcial ou completa destes genes

(Rantala et al., 2004). Portanto, pode-se supor que um número maior de gêneros de

cianobactérias do que os descritos até agora podem apresentar a capacidade de

produção de microcistina (Dittman et al, 2013) (Figura 4).

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Atualmente, métodos baseados na detecção da presença de genes relacionados à

produção de toxinas são bastante utilizados para indicar o potencial de produção de

microcistina por cianobactérias no ambiente (Sivonen & Borner 2008). O PCR

quantitativo (qPCR) vem sendo cada vez mais utilizado para o monitoramento de

ambientes aquáticos e através desta técnica é possível quantificar o número total de

cianobactérias e também de cianobactérias potencialmente produtoras de microcistina

Figura 4 - (a) Arranjos diversos do agrupamento de genes da microcistina apresentam origem monofilética e evoluíram de um ancestral comum. A organização dos genes e presença de domínios específicos varia de acordo com os gêneros produtores. (b) Diversificação dos genes envolvidos na síntese de microcistina. A diversificação ocorre pela recombinação dos genes e também por mutações pontuais. O processo de diversificação é refletido em mais de 80 variantes de microcistinas já descritos na literatura. Exemplos são mostrados para microcistina sintetase de Microcystis. (c) Perda da capacidade de produção de microcistina pela exclusão parcial ou total do conjunto de genes envolvidos na síntese de microcistina. Exemplos são mostrados para microcistina sintetase de Planktothrix (adaptado de Dittman et al, 2013).

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(Koskenniemi et al, 2007; Briand et al. 2008; Rinta-Kanto et al. 2009; Orr et al. 2010).

Essas estimativas são importantes para avaliar a dinâmica de subpopulações com

capacidade de produção de microcistina assim como o risco potencial de ocorrência de

florações tóxicas, já que a maior parte da variação na concentração de microcistina

observada durante uma floração é devida à variação na proporção de células tóxicas

(Kurmayer et al, 2003).

Nos últimos anos, diversos trabalhos têm sido realizados para determinar a variação

espacial e temporal na proporção de genótipos potencialmente produtores de

microcistina em populações naturais (Hotto et al., 2008; Briand et al., 2009, Sabart et

al., 2010) e diferentes genes têm sido utilizados como marcadores para quantificar o

número de genótipos tóxicos, como mcyE (Vaitomaa et al., 2003), mcyA (Furukawa et

al., 2006), mcyD (Rinta-Kanto et al., 2005) e mcyB (Okello et al., 2010) (Tabela 2).

A variação observada na proporção de genótipos potencialmente produtores de

microcistina ao longo do tempo é muito grande na maioria dos trabalhos realizados

(Tabela 2). Por exemplo, Kurmayer & Kutzenberger, 2003 reportaram que a variação da

porcentagem de genótipos positivos para mcyB foi de1,7 a 71% do total da população

de Microcystis durante um ciclo sazonal. No Lago Erie, a variação da proporção de

genótipos positivos para mcyD variou de 0 a 48% do total de células de Microcystis.

Apesar do grande número de trabalhos neste tema, nenhum padrão geral de variação

sazonal pode ser determinado. Além disso, a variação da proporção de genótipos

tóxicos pode ser ainda maior espacialmente do que temporalmente (Martins &

Vasconcelos, 2011).

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Diversos trabalhos tentaram relacionar a quantidade de genótipos potencialmente

produtores de microcistina com variáveis ambientais, mas ainda não foi observada uma

correlação clara. Por exemplo, Yoshida et al, 2007 correlacionaram positivamente o

número de cópias de mycA no ambiente com a disponibilidade de nitrogênio; Rinta-

Kanto et al, 2009 correlacionaram o número de cópias de mcyD com ortofosfato e Davis

et al, 2009 correlacionaram o aumento de cópias de mcyE com o aumento da

temperatura e disponibilidade de ortofosfato.

Tabela 2- Levantamento de dados da proporção de genótipos potencialmente produtores de microcistina. * genes mcy usados para quantificar genótipos tóxicos e genes cpc ou 16S rRNA usados para quantificar

o total de cianobactérias **Diferentes pontos amostrais abordados no mesmo trabalho

Cianobactéria dominate

Local Genes alvo* % células tóxicas

Referências

Microcystis sp. Lago Wannsee,

Alemanha mcyB, cpc 0,9 – 38,3 Kurmayer et al, 2003

Microcystis sp. Lago Champlain, Estados Unidos

mcyD, 16S rRNA 6 **Davis et al, 2009

Microcystis sp. Lago Agawam, Estados Unidos

mcyD, 16S rRNA 0,01 - 1,56 **Davis et al, 2009

Microcystis sp. Lago

Ronkonkoma, Estados Unidos

mcyD, 16S rRNA 12 - 100 **Davis et al, 2009

Planktothrix agardhii

Lago Viry-Châtillon, França

mcyA, cpc 31 - 93 Briand et al, 2008

Microcystis sp. Lago Erie,

Estados Unidos mcyD, 16S rRNA 0 - 59,5 Rinta-Kanto et al, 2009

Microcystis sp. Lago Oneida,

Estados Unidos mcyD, 16S rRNA 0 - 37 Hotto et al, 2008

Microcystis sp. Lago Hirosawa-no-ike, Japão

mcyA, 16S rRNA 80 Ha et al, 2009

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Cianobactéria dominate

Local Genes alvo* % células tóxicas

Referências

Microcystis sp. Lago Mikata,

Japão mcyA, cpc 0,5 - 35 Yoshida et al, 2007

Microcystis aeruginosa

Lago Grangent, França

mcyB, cpc 6 - 93 Briand et al, 2009

Microcystis aeruginosa

Lago Sables, França

mcyB, cpc 9,2 – 27,6 **Sabart et al, 2011

Microcystis aeruginosa

Lago Place, França

mcyB, cpc 75,5 - 82 **Sabart et al, 2011

Microcystis aeruginosa

Cuzieu, França mcyB, cpc 81,9 - 100 **Sabart et al, 2011

Microcystis aeruginosa

Feurs, França mcyB, cpc 75 – 82,2 **Sabart et al, 2011

Microcystis aeruginosa

Reservatório Torrão, Portugal

mcyA, mcyB, 16SrRNA

2 - 100 Martins et al, 2011

Microcystis Estuário São Francisco, EU

mcyD,16SrRNA 0,37 - 20,2

Baxa et al, 2010

Microcystis Reservatório

Kranji, Cingapura mcyE, 16S rRNA 21,7 - 100 Te & Gin, 2011

Microcystis Baia de

Missisquoi, Canadá

mcyA, mcyE, mcyG, 16SrRNA

1,7 - 21,6 Ngwa et al, 2012

Microcystis e Anabaena

Lagoa Durgakund, Índia

mcyA, cpc 0,01 - 14,3 Srivastava et al, 2012

Microcystus Lago Taihu, China mcyE , cpc 11,1 - 42,6 Otten et al, 2012

Microcystis Reservatório

Roodeplaat, África do Sul

mcyD, mcyB, 16SrRNA

6,7 - 100 Conradie et al., 2012

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1.5 Diversidade genética das cianobactérias

O estudo da diversidade molecular de bactérias iniciou-se nos anos 90 e revolucionou o

conhecimento acerca da diversidade de espécies e da estrutura de comunidades

bacterianas. A utilização de ferramentas moleculares, como a construção de bibliotecas

de clones seguida de sequenciamento de genes marcadores, hibridização in situ e

DGGE, possibilitou um rápido avanço do conhecimento nesta área (Case et al., 2007).

Apesar disso, nenhum dos métodos baseados na amplificação de uma região

específica do DNA de bactérias consegue, de forma acurada, representar

completamente a diversidade genética. As limitações destas metodologias estão

relacionadas à amostragem, preservação das amostras, extração de DNA e reação de

amplificação de DNA (de Lipthay et al., 2004). Apesar disso, a construção de bibliotecas

de regiões gênicas de rDNA 16S ainda é uma das abordagens mais utilizadas no

estudo da diversidade procariótica em ambientes aquáticos (Kemp & Aller, 2004).

A caracterização da estrutura das comunidades durante florações de cianobactérias

mostra-se problemática uma vez que vários gêneros ainda não têm a taxonomia

resolvida (Moustaka-Gouni et al. 2009). Apesar de as cianobactérias mostrarem maior

diversidade morfológica que outros grupos de bactérias, a discriminação no nível de

gênero ou de espécie é muitas vezes difícil. Além disso, vários caracteres morfológicos

utilizados na classificação dos grupos são influenciados por condições ambientais,

dificultando a correta identificação (Anagnostidis & Komarek,1988). Mesmo atualmente,

grande parte da taxonomia de cianobactérias é baseada em caracteres morfológicos, o

que já não se aplica aos outros grupos bacterianos. Segundo Oren, 2011,

pouquíssimas descrições de novos gêneros e espécies são publicadas no International

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Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, a publicação oficial para o registro

de novos taxa procarióticos, e a nomenclatura e classificação de cianobactérias ainda

não é completamente organizada. Esta situação tem evidenciado a necessidade de

métodos mais confiáveis de classificação e vem promovendo o uso de uma abordagem

polifásica, combinando dados morfológicos e moleculares (Gkelis et al. 2005).

Usualmente, uma floração de cianobactérias é formada por diversas linhagens de um

ou mais gêneros, apesar de uma ou poucas linhagens poderem predominar em algum

estágio. Somente a identificação microscópica não fornece informação acerca da

presença, diversidade ou abundância de linhagens ou de sua toxicidade (Saker et al,

2009). Técnicas moleculares baseadas na análise de sequências gênicas têm se

mostrado valiosas neste contexto e têm usado como alvos mais frequentes regiões

intergênicas de loci de rDNA 16S e regiões intergênicas de genes de ficocianina

(cpcBA) (Neilan et al., 1995). Desta forma, pode-se avaliar a composição e a dinâmica

de populações de cianobactérias temporal e espacialmente, e ainda tentar correlacionar

tal dinâmica a fatores ambientais, físicos e químicos ou biológicos. Durante o

desenvolvimento de florações, por exemplo, pode-se indicar se um, poucos, ou muitos

genótipos são selecionados em diferentes momentos ou locais no ecossistema (Briand

et al., 2009).

As primeiras descrições de estudos moleculares de diversidade de cianobactérias

foram publicadas por Nübel et al. 1997, tendo como alvo os genes rDNA 16S e também

por Neilan et al., 1995, tendo como alvo os genes que codificam ficocianinas. A

ficocianina é um pigmento presente em cianobactérias e, portanto, o uso dos genes

correspondentes como alvo é um bom marcador da diversidade de cianobactérias

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mesmo em comunidades complexas como o fitoplâncton. Dentro do domínio Bacteria,

os genes de ficocianina são encontrados em ambientes de água doce exclusivamente

em cianobactérias (Bryant, 1982). O conjunto de genes envolvidos na síntese de

ficocianina contém genes que codificam para duas subunidades da bilina e três

polipeptídios ligadores. O espaçador intergênico entre os dois genes das subunidades

das bilinas, designados b (cpcB) e a (cpcA) (Figura 5), apresentam uma sequência

altamente variável, capaz de diferenciar linhagens (Neilan et al., 1995). Apesar da

região do rDNA 16S ser utilizada na taxonomia de cianobactérias (Wilmotte &Golubic,

1991; Nelissen et al., 1996), a divergência entre sequências dentro da uma espécie é

relativamente baixa, normalmente abaixo de 1% (Rudi et al., 1997; Otsuka et al., 1998).

Já a região intergênica do cpc tem se mostrado muito mais variável e pode ser uma

ferramenta mais adequada para avaliar a diversidade de linhagens (Bolch et al., 1996;

Bittencourt-Oliveira et al., 2001; Haande et al, 2007; Tan et al, 2010).

Figura 5- Representação esquemática do conjunto de genes da ficocianina. As regiões pretas indicam as regiões intergênicas e as cinzas as regiões codificantes. Neste exemplo, o tamanho total do fragmento obtido com os primers descritos neste trabalho é de 685 pb, com uma região intergênica de 94 pb. As setas indicam as posições relativas dos primers PCβF(Foward) e PCαR (Reverse) (Neilan et al, 1995).

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A maioria dos trabalhos sobre identificação e ecologia de populações naturais de

cianobactérias no Brasil é baseada apenas em dados morfológicos (Mártires, 2012). Os

poucos estudos existentes associando dados morfológicos com técnicas moleculares,

têm sido desenvolvidos com linhagens isoladas (Bittencourt-Oliveira et al., 2009, Silva,

2010). Por exemplo, Bittencourt-Oliveira et al., 2010, detectaram a presença de genes

relacionados à síntese de microcistina em amostras de reservatórios do Nordeste;

Lorenzi, 2004 estudou amostras de populações naturais da Represa de Billings e

Guarapiranga, localizadas no estado de São Paulo, através de rDNA 16S por DGGE.

Mais recentemente, Mártires, 2012, utilizando como marcador rDNA 16S em DGGE no

estudo de quatro reservatórios do Rio Grande do Norte, identificou diferentes filotipos

de cianobactérias, principalmente dos gêneros Planktothrix e Microcystis. Portanto, há

uma escassez de trabalhos que utilizem técnicas moleculares visando não só a

identificação e a taxonomia de cianobactérias, mas também a sua diversidade espacial

e temporal, a partir da dinâmica de genótipos em ambientes brasileiros. Além dos

poucos trabalhos no Brasil que abordam a diversidade de cianobactérias em

populações naturais, não há registros de trabalhos que acompanhem a flutuação

temporal de genótipos de cianobactérias e a sua relação com fatores ambientais. O

entendimento mais aprofundado sobre a dinâmica de genótipos de cianobactérias

durante uma floração pode auxiliar na compreensão dos fatores relacionados ao

sucesso de uma espécie em detrimento de outra e também à variação de produção de

toxinas durante esses eventos.

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1.6 Ocorrência de cianobactérias no Reservatório do Funil

O Reservatório do Funil é um ambiente bastante estudado pelo Laboratório de

Ecofisiologia e Toxicologia de Cianobactérias (LETC) já que apresenta frequentes

florações de cianobactérias. Estes eventos vêm sendo observados no reservatório nos

últimos 15 anos, sendo algumas florações formadas por espécies potencialmente

produtoras de toxinas. Estudos demonstram que desde a década de 90 este

reservatório já apresentava florações de cianobactérias potencialmente tóxicas (Ferrão-

Filho et al., 2009).

Estudos realizados em 1978/1979 indicavam uma baixa densidade e grande

diversidade de organismos fitoplanctônicos no reservatório, com predomínio de

clorofíceas. A abundância relativa deste grupo era da ordem de 50%, enquanto as

cianobactérias correspondiam a 17%. Estudos realizados em 1989 indicaram que as

cianofíceas passaram a ser dominantes em quase todo o ciclo anual, podendo atingir

abundância relativa superior a 90% no período de verão, quando foram registradas

florações intensas de Microcystis aeruginosa. Microcystis, Oscillatoria e Anabaena

foram os principais gêneros descritos neste período (FEEMA, 1991).

Já na década de 90, Bobeda (1993) relatou a produção de microcistinas em uma

floração de Microcystis neste reservatório. Branco et al. (2002), em coletas entre abril e

dezembro de 1995 registraram elevadas concentrações de clorofila a, associadas à

floração de Microcytis aeruginosa nos meses de novembro e dezembro. Rocha (2002),

em coletas mensais entre 2004 e 2006, relatou a dominância de Microcystis sp. durante

todo ano, com maiores densidades celulares nos meses mais quentes. Ferrão-Filho et

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al. (2009), no período de novembro de 2002 a outubro de 2003, registraram florações

de cianobactérias, com dominância dos gêneros Anabaena, Microcystis e

Cylindrospermopsis. Os três gêneros estiveram presentes ao longo de todo o ano,

entretanto, houve uma tendência à dominância de Microcystis spp. nos meses quente-

chuvosos e codominância de A. circinalis e C. raciborskii no restante do ano. Deblois et

al. (2008) relataram a presença de microcistina no séston deste reservatório, além de

terem registrado a presença desta toxina em tecidos de peixes da espécies

Oreochromis niloticus coletados na localidade.

Estudos mais recentes continuam relatando as constantes florações de cianobactérias,

com destaque para os gêneros Anabaena, Cylindrospermopsis e Microcystis. Soares

(2009), em coletas mensais, observou dominância de cianobactérias ao longo de todo

ano, com biomassas mais elevadas nos meses de verão. Este estudo também relatou

um padrão de substituição de espécies ao longo do ano, com períodos de floração de

Microcystis aeruginosa sucedidos por florações de Anabaena circinalis e

Cylindrospermocis raciborskii. Rocha, 2012, observou elevadas densidades de

Sphaerocavum brasiliense, gênero até então não relatado neste ambiente, além da

dominância de Anabaena circinalis nos meses mais quentes.

A maioria desses estudos associou a dominância de cianobactérias às altas

concentrações de nutrientes encontradas neste reservatório. De maneira geral, maiores

densidades de cianobactérias foram observadas nos meses de outubro a fevereiro,

correspondendo aos meses de temperaturas mais elevadas. A preferência das

cianobactérias por temperaturas mais elevadas, mesmo nos trópicos, tem sido

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extensivamente demonstrada (Huszar et al. 2000, Marinho & Huszar 2002, Reynolds

2006).

Além disso, verificou-se uma tendência ao aumento da densidade de cianobactérias ao

longo dos últimos anos, com Anabaena circinalis, Cylindrospermopsis raciborskii e

Microcystis spp. como os principais táxons de cianobactérias presentes no Reservatório

do Funil. Apesar dos muitos estudos já realizados, ainda não estão completamente

estabelecidos os fatores associados à dinâmica de coexistência e substituição de

espécies e/ou linhagens dos três principais gêneros de cianobactérias presentes, além

da dinâmica de produção de microcistina neste reservatório.

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2. Objetivos

2.1 Objetivo Geral

- Analisar a diversidade de cianobactérias e sua dinâmica temporal durante um período

de floração no Reservatório do Funil, assim como a produção de microcistinas,

utilizando diferentes abordagens.

2.2 Objetivos específicos

- Analisar as variáveis limnológicas e sua relação com a dinâmica de espécies de

cianobactérias e produção de microcistinas.

- Avaliar a diversidade de genótipos de cianobactérias e sua variação temporal e

compará-la à diversidade de morfotipos de cianobactérias encontrados no mesmo

período.

- Avaliar a proporção de genótipos potencialmente produtores de microcistina e

relacioná-la à concentração de microcistina no ambiente.

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3. Área de estudo

O Reservatório do Funil (22o30’S, 44o45’W) está localizado a 440 m de altitude, no

município de Resende (RJ). É a primeira barragem do Rio Paraíba do Sul em área

fluminense e possui uma área de 40 km2, volume de 8,90 x 106 m3, profundidade

máxima e média de 70 e 22 m, respectivamente, com tempo de residência médio de

41,5 dias (Rocha, 2012) (Figura 6). Este reservatório foi construído no final da década

de 1960, pelo barramento do rio Paraíba do Sul, com a finalidade de servir de fonte de

abastecimento para a cidade de Resende e produzir energia elétrica, mas também é

responsável pela regularização da vazão do Rio Paraíba do Sul, atenuando o impacto

de cheias e possibilitando a transposição de volume de água para o conjunto de

reservatórios do Sistema Light, que acabam por desaguar no Rio Guandu, a principal

fonte de abastecimento de água do município do Rio de Janeiro (Ferrão-Filho et al,

2009). A Usina Hidrelétrica de Funil tem importância para o sistema elétrico por fornecer

energia a grandes centros consumidores, como os estados do Rio de Janeiro e São

Paulo (Furnas, 2008) (Figura 7).

Devido à sua posição estratégica, o reservatório do Funil serve como um decantador

natural de sedimentos, sendo considerado uma verdadeira barragem à poluição

recebida do Vale do Paraíba Paulista, melhorando a qualidade das águas do rio

Paraíba do Sul a jusante do reservatório. Destaca-se ainda, como importante fator de

impacto sobre o reservatório, a reduzida cobertura vegetal dos solos da sua bacia de

drenagem (Figura 8).

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Figura 6 - Localização do Reservatório do Funil. A direita o desenho esquemático do reservatório, indicando a localização da barragem (modificado de Soares et al, 2012).

Figura 7- Foto aérea da região da barragem do Reservatório do Funil (www.ana.gov.br)

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Figura 8 - Floração de cianobactérias registrada próximo à barragem em fevereiro de 2010 no

Reservatório do Funil (Rocha, 2012).

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41

4. Materiais e Métodos

4.1 Amostragem

Foram realizadas coletas mensais de água, de outubro de 2011 a abril de 2012, em um

ponto amostral, próximo à barragem do Reservatório do Funil (Figura 7). Foi realizada a

amostragem integrada da zona eufótica. Para tanto, com o auxílio da garrafa de Van

Dorn foram coletadas amostras a cada 0,5 m desde a subsuperfície até o fim da zona

eufótica, estimada como 2,7 vezes a profundidade de extinção do disco de Secchi

(Cole, 1994). Essas subamostras foram reunidas em um frasco e constituíram a

amostra integrada. Temperatura da água, pH e condutividade elétrica foram

determinados em campo com o emprego de uma sonda multiparamétrica Yellow Spring

modelo 600 QS. A turbidez foi determinada por um turbidímetro Hatch. A transparência

da água foi avaliada pela profundidade de extinção do disco de Secchi e a intensidade

luminosa subaquática foi determinada com o uso de radiômetro LiCor.

4.2 Clorofila a e nutrientes

Parte da amostra de água coletada foi filtrada em filtros Whatman GF/F (0,7µm) que

foram armazenados congelados até o momento da análise. A concentração de

clorofila-a foi determinada após a extração com acetona 90%, segundo APHA (1995).

Para a análise de nutrientes dissolvidos, alíquotas de água foram filtradas em filtros

Whatman GF/F (0,7µm) o filtrado armazenado em frascos de polipropileno, mantidos

congelados até o momento da análise. Os íons NO2-, NO3

- e NH4+ foram analisados

através de um cromatógrafo de íons Dionex ICS-1000. As condições cromatográficas

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utilizadas na análise são descritas a seguir. Ânions: colunas AS-14A e AG-14A, eluente

8,0 mM de carbonato de cálcio e 1 mM de bicarbonato de cálcio, em condição

isocrática, com supressão de condutividade por supressora ASRS-300, associada à

supressora CRD-300, com fase móvel de hidróxido de sódio 200 mM. Cátions: colunas

CS-12A e CG-12A, eluente 20 mM de ácido metanosulfônico e supressora CSRS-300.

A análise de fósforo solúvel reativo foi feita por espectrofotometria, segundo Murphy e

Riley, 1962 (espectrofotômetro Shimadzu UV-VIS mini 1240). Para a análise de fósforo

total, alíquotas de água bruta foram tratadas com persulfato de potássio, seguido de

incubação em autoclave por 45 min a 120ºC. O ortofosfato liberado foi analisado da

mesma forma que o fósforo solúvel reativo (Murphy e Riley, 1962).

4.3 Fitoplâncton

Para análise quantitativa, alíquotas de água da amostra integrada foram armazenadas

em frasco de vidro âmbar de 250 mL contendo Lugol. A abundância fitoplanctônica foi

determinada pelo método de Utermöhl (1958) em um microscópio ótico invertido

Olympus BX-51. Os indivíduos (células, colônias, cenóbios, filamentos) foram

enumerados em campos aleatórios (Uhelinger, 1964), em número suficiente para

alcançar 100 indivíduos da espécie mais frequente ou 400 indivíduos totais, sendo o

erro inferior a 20%. A estimativa do biovolume (mm3.L-1) foi feita multiplicando-se, para

cada espécie, a densidade pelo volume médio dos organismos. Para análise qualitativa,

amostras coletadas em rede de 22 µm foram fixadas em Lugol para posterior análise

por microscopia ótica.

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43

4.4 Análise de microcistinas

Um volume de 1,0 L da amostra integrada de água foi armazenado em frasco de vidro,

congelado e posteriormente liofilizado. O material liofilizado foi extraído com 10 mL de

metanol:butanol:água (20:5:75) por 30 min em sonicador, seguido de mais 30 min sob

agitação. Este procedimento foi repetido 2 vezes e o material extraído foi evaporado em

nitrogênio até 50% do volume inicial. Esse então passou por purificação em coluna C-

18 (Strat X 33 Polymeric Reverse Phase 500 mg/6mL), sendo eluído com 10 mL de

metanol 100%. O eluato foi completamente seco em nitrogênio e ressuspenso em 1,0

mL de solução de reconstituição de microcistina: Fase B (5 mM de acetato de amônio

em acetonitrila + 0,1% de ácido fórmico): água (1:1). A identificação e a quantificação

das microcistinas foram feitas no equipamento de LC-MS-MS API 3200 Q-trap (Applied

Biosystems) nas seguintes condições: Coluna: Kinetex 2,6µ C18 100A (50 x 2,10 mm);

Fase A: 5 mM de acetato de amônio em água + 0,1% de ácido fórmico / Fase B: 5 mM

de acetato de amônio em acetonitrila + 0,1% de ácido fórmico, com gradiente. Foram

analisadas as transições para microcistina LR, RR, YR, LA e LW. O limite de detecção

foi de 0,5 µg/L e o limite de quantificação de 1µg/L.

4.5 Proporção de genótipos potencialmente produtores de microcistina

Para a determinação dos genótipos potencialmente produtores de microcistina foi

utilizado PCR quantitativo (qPCR), com primers descritos por Martin et al, 2010.

As reações de qPCR foram realizadas no equipamento StepOnePlus Real Time PCR

(Applied Biosystems). Todas as reações foram feitas em triplicata, em um volume final

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de 15 µL, contendo 3 µL de DNA molde, 0,4µM de cada primer (0,2µM para MCYA-

CD1F/CD1R) e 1 X Master Mix SYBR Green (Fermentas). Quatro pares de primers

foram utilizados neste ensaio. O par de primers CYA 359F/781R foi utilizado para

amplificar um fragmento de 422 pb do gene rDNA 16S comum a todas as

cianobactérias. O par MICR 184F/431R foi utilizado para amplificar uma região de 248

pb do rDNA 16S, específica do gênero Microcystis. O par MCYA CD1F/CD1R é capaz

de amplificar o gene mcyA dos gêneros Microcystis, Planktothrix e Anabaena e gera um

fragmento de 297 pb. O par MCYB 2959F/3278R amplifica uma região de 320pb do

gene mcyB, especificamente do gênero Microcystis. As sequências destes primers

estão descritas na tabela 2. (Figura 9)

Tabela 3 - Primers utilizados em ensaios de PCR quantitativo

Alvo Primers Sequência (5’-3’)

Tamanho

do produto

(pb)

Cianobacteria

16S rDNA

Cya 359F GGGGAATYTTCCGCAATGGG 422

Cya 781R GACTACWGGGGTATCTAATCCCWTT

Microcystis

16S rDNA

Micr 184F GCCGCRAGGTGAAAMCTAA 248

Micr 431R AATCCAAARACCTTCCTCCC

mcyA todos os

gêneros

mcyA CD1F AAAATTAAAAGCCGTATCAAA 297

mcyA CD1R AAAAGTGTTTTATTAGCGGCTCAT

mcyB

Microcystis

mcyB 2959F TGGGAAGATGTTCTTCAGGTATCCAA 320

mcyB 3278R AGAGTGGAAACAATATGATAAGCTAC

Para a construção da curva padrão foi utilizada uma linhagem de M. aeruginosa (MIRF-

01) isolada e mantida no banco de linhagens do LETC. A partir de uma cultura de

células desta linhagem cuja densidade celular foi determinada por contagem direta ao

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microscópio, o DNA cromossômico foi extraído e submetido a diluições seriadas. A

curva padrão foi realizada com sete diluições e a partir disto, foi criada a relação entre a

concentração conhecida de DNA (em equivalentes de células) e os valores de Ct(cycle

threshold) das amostras diluídas. Assim, um volume de 20 mL de um cultivo a 2,47 x

106 células (determinada por contagem no microscópio) foi filtrado em filtros Whatman

GF/F (0,7 µm) e o DNA extraído como já descrito anteriormente (Jungblut et al 2006).

Foram utilizados como molde diluições de DNA variando de 1 a 1:106 (equivalente a

2,47x107 a 24,7 células respectivamente). As PCRs ocorreram conforme descrito na

tabela 3. A determinação dos valores de Ct foi feita automaticamente pelo programa

StepOne™ Software do equipamento StepOnePlus Real Time PCR.

Tabela 4 - Condições de amplificação para os primers utilizados nos ensaios de PCR quantitativo

Primers

Protocolo do PCR Desnaturação

inicial Desnaturação Anelamento Extensão

Número de ciclos

CYA 359F/781R

5 min a 95 °C 15 s a 95 °C 15 s a 60 °C 30 s a 72 °C 50

Micr 184F/381R

5 min a 95 °C 15 s a 95 °C 30 s a 52 °C 30 s a 72 °C 40

mcyA CD1F/CD1R

5 min a 95 °C 15 s a 95 °C 30 s a 52 °C 30 s a 72 °C 40

mcyB 2959F/3278

R 5 min a 95 °C 15 s a 95 °C 30 s a 52 °C 30 s a72 °C 40

A curva de melting foi realizada imediatamente após a amplificação com uma taxa de

transição de temperatura linear de 0,5 °C.s-1 de 55 a 95°C, com determinação contínua

da aquisição da fluorescência. O cálculo da eficiência de amplificação utilizando cada

par de primers foi feito segundo a fórmula abaixo.

E = (10–1/slope –1) × 100

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Onde E é a eficiência de amplificação e slope é o valor de inclinação da reta obtida a

partir da relação entre concentração de DNA e o valor de Ct.

Ensaios de PCR convencional foram realizados no intuito de detectar genótipos

potencialmente produtores de microcistina, utilizando como alvo o gene mcyE

(Vaitomaa et al.,2003). Para isso, foram utilizados 3 primers denominados mcyE F2 (5’-

GAA ATT TGT GTA GAA GGT GC-3’) MicmcyE-R8 (5’-CAA TGG GAG CAT AAC GAG-

3’) AnamcyE-12R ( 5’-CAA TCT CGG TAT AGC GGC-3’). A combinação do primer

mcyEF2 com MicmcyE-R8 amplifica o gene mcyE de cianobactérias do gênero

Microcystis e a combinação do primer mcyEF2 com o primer AnamcyE-12R amplifica o

gene mcyE de cianobactérias do gênero Anabaena (Dolichospermum) (Figura 9). As

reações foram realizadas em 20 µl, contendo 0,5 U de GoTaq Flexi DNA polimerase

(Promega), tampão de reação (Promega), dNTPs 0,2mM (Fermentas), MgCl2 2,5mM

(Promega), 0,5 pmol dos primers foward e reverse e 1 µL de DNA. Foi utilizado como

controle positivo o DNA de uma linhagem de Microcistys aeruginosa produtora de

microcistina. As PCRs foram realizadas no termociclador PTC-200 (MJ Research) com

o programa a seguir: desnaturação inicial de 94ºC por 5 min, 25 ciclos de (94º 1 min,

47º 30s, 72º 1 min) e 72º por 5 min. Os produtos de reação foram visualizados por

eletroforese em gel de agarose 1% em sistema de tampão TAE 1X, corados com

brometo de etídeo (Sambrook et al. 2001).

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47

4.6 Identificação de genótipos de cianobactérias

Uma visão geral de todas as etapas envolvidas nesta metodologia está representada na

Figura 10.

4.6.1 Extração de DNA. Alíquotas de água foram filtradas em filtros Whatman GF/F 0,7

µm e os filtros armazenados a -20ºC até o momento da extração de DNA. A extração de

DNA foi feita segundo Jungblut et al., 2006. Os filtros foram cortados em pequenos

pedaços e embebidos em solução de extração (metilxantonato de potássio 1%; acetato

de potássio 800 mM; EDTA 20 mM pH 8,0; SDS 1%; Tris–HCl 100 mM pH 7,4). A

mistura foi homogeneizada no vortex, incubada a 65ºC por 2 h e depois resfriada no

gelo por 10 min. Os debris foram retirados por centrifugação a 12000 x g por 10 min e o

sobrenadante passado para outro tubo. A este foi adicionado o mesmo volume de

Figura 9- Conjunto de genes relacionados à síntese de microcistina em diferentes gêneros de cianobactérias. Em diferentes cores, os genes alvos dos iniciadores utilizados neste estudo. Em laranja, o gene alvo do primer mcyA, comum as cianobactérias produtoras de microcistina. Em verde, o alvo do par de primers mcyE específico de Microcystis. Em Azul o gene alvo do par de primers mcyE de Anabaena e em vermelho o gene alvo do par de primers mcyB específico de Microcystis.

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fenol:clorofórmio, a mistura homogeneizada por inversão e centrifugada a 12000 x g por

5 min, sendo recolhida a fase aquosa. Este procedimento foi realizado 2 vezes com

fenol:clorofórimio e uma vez com clorofórmio:álcool isoamílico (24:1). Ao final,

adicionou-se à fase aquosa 1 volume de isopropanol 100%, com incubação a -20ºC

durante a noite. Após centrifugação a 12000 x g por 20 min, o pellet foi lavado com 500

µL de etanol 70%, seguido de centrifugação a 12000 x g por 5 min. Após a secagem do

pellet, o DNA foi ressuspenso em 100 µL de água MilliQ e armazenado a -20ºC.

Figura 10 - Resumo das etapas realizadas para a obtenção (A) e análise de sequências de cpcBA (B)

A

B

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4.6.2 PCR da região cpcBA e purificação do produto. Para amplificar a região

intergência e parte da região codificante de 2 genes do operon da c-ficocianina (cpcBA),

utilizou-se os primers descritos por Neilan et al.,1995 (Tabela 4). As reações foram

realizadas em 20 µl, contendo 0,5 U de GoTaq Flexi DNA polimerase (Promega),

tampão de reação (Promega), dNTPs 0,2mM (Fermentas), MgCl2 2,5mM (Promega),

0,5 pmol dos primers foward (PCβF) e reverse (PCαR) e 1 µL de DNA. As PCRs foram

realizadas no termociclador PTC-200 (MJ Research) com o programa a seguir:

desnaturação inicial de 94ºC por 5 min, 40 ciclos de (94º 30 seg, 50º 30 seg, 72º 45

seg) e 72º por 2 min.

Os produtos de amplificação foram separados em gel de agarose 0,8% em TAE 1X

(Sambrook et al., 2001) corados com brometo de etídio e visualizados em

transiluminador de UV. Como parâmetro de migração aplicou-se no gel o padrão de

fragmentos de DNA 1 Kb Plus Ladder (Fermentas). A banda na região de interesse

(~700 pb) foi retirada do gel com um bisturi e o DNA purificado com o auxílio de kit de

purificação Silica Bead DNA Gel Extraction (Fermentas). Após purificação, o DNA

ressuspenso em água MilliQ foi precipitado por adição de 1/10 volume de acetato de

sódio 3M, pH 5,2 e 2,5 volumes de etanol absoluto, sendo incubado a -20°C por no

mínimo 1 h. Após centrifugar a 12.000 x g por 20 min e descartar o sobrenadante, o

precipitado foi lavado com etanol 70% gelado. Depois de seco, o DNA foi suspenso em

10 µl de H2O Milli-Q.

Este procedimento foi realizado repetidamente utilizando como molde na PCR DNA

extraído de cada mês amostrado, gerando produtos de cpcBA de amostras coletadas

de outubro a abril.

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50

Tabela 5 - Sequências dos primers utilizados para clonagem e sequenciamento da região cpcBA

Primers Sequência (5’-3’ ) Referência

PCβF GGCTGCTTGTTTACGCGACA Neilan et al, 1995

PCαR CCAGTACCACCAGCAACTAA Neilan et al, 1995

SP6 ATTTAGGTGACACTATAG Primers comerciais

(Promega) T7 TAATACGACTCACTATAGGG

4.6.3 Clonagem do produto cpcBA. O produto de amplificação da região cpcBA

(obtido das amostras de DNA de cada mês) foi utilizado em reação de ligação com o

vetor pGEM-Teasy (Promega), realizada segundo instruções do fabricante, a 4ºC

durante a noite. Após este período, a enzima DNA ligase foi inativada a 65ºC por 5 min

e a reação dialisada contra água.

4.6.4 Preparo de células competentes e transformação. A partir de 100 mL de uma

cultura de Escherichia coli DH5-α em fase exponencial, as bactérias foram coletadas

por centrifugação a 10000 xg por 10 min a 4°C. O sobrenadante foi descartado e o

pellet ressuspenso. Este procedimento foi realizado 4 vezes, sendo que na primeira vez

o pellet foi ressuspenso em 100 mL de H2O MilliQ gelada estéril, da segunda vez em

50 mL de H2O MilliQ gelada estéril, da terceira vez em 10 mL de glicerol 10% estéril e

da quarta vez em 500 µL de glicerol 10% estéril. As células competentes foram

aliquotadas e armazenadas em nitrogênio líquido até o momento da transformação.

Após a retirada do nitrogênio líquido, as células foram acondicionadas no gelo por 20

min. Para cada transformação bacteriana foi adicionado a 60 µL de células

competentes 1 µL da ligação, seguindo-se de incubação por 20 min no gelo. O aparelho

utilizado para a eletroporação foi o Bio-Rad Gene Pulser com os seguintes parâmetros

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1,5 volts; 1000; 25Faraday. Após a eletroporação, as bactérias foram transferidas

para 1 mL de meio SOB (Sambrook et al., 2001) e incubadas a 37°C por uma hora.

Após este período, 150 µL foram plaqueados em placas de LB com ampicilina (100

µg/L), IPTG (0,1 mM) e X-gal (20mg.mL-1) (Sambrook et al., 2001). Foram realizadas

transformações com os produtos das ligações cpcBA:pGEMTeasy de cada mês

amostrado.

4.6.5 Extração de DNA plasmidial. As minipreparações plasmidiais foram feitas

conforme descrito em Sambrook et al., 2001, com algumas alterações. Ao menos 50

colônias brancas oriundas de cada transformação (com amostras da região cpcBA de

cada mês amostrado) foram cultivadas em 0,5 mL de LB líquido com ampicilina (100

µg/L) por 4-6 hs a 37°C, sob agitação. As bactérias foram coletadas por centrifugação a

12000 x g por 5 min à temperatura ambiente e o pellet foi ressuspenso em 50 L de

solução 1 (EDTA 10 mM, Tris-HCl 50 mM pH 8,0). Após a adição de 50 L de solução 2

(NaOH 200 mM, SDS 1%) a suspensão foi homogeneizada por inversão. Ao tubo foram

adicionados 150 L de solução 3 (acetato de potássio 3M pH 5,5). Após centrifugação a

12000 x g por 10 min o sobrenadante foi transferido para outro tubo, ao qual foi

adicionado 1 volume de isopropanol, sendo incubado por 20 min à temperatura

ambiente. A amostra foi novamente centrifugada a 12000 x g por 20 min, o

sobrenadante foi descartado e o pellet lavado com 500 L de etanol 70%. Após secar a

temperatura ambiente, o DNA foi suspenso em 50 µL de água estéril e armazenado a -

20°C.

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4.6.7 Seleção de clones e sequenciamento. Para identificar os produtos clonados

foram feitas PCRs com os primers PCβF e PCαR (Tabela 4), usando como molde os

DNAs plasmidiais. No caso dos clones positivos, foram feitas a seguir PCRs com os

primers SP6 e T7 (Tabela 4). Os produtos foram aplicados em gel de agarose e

purificados como descrito no item 4.5.2. O DNA resultante (50-100 ng) foi utilizado para

o sequenciamento, realizado com o primer PCαR (3,2 pmol) (Tabela 4). O

sequenciamento foi realizado no equipamento ABI PRISM 3130 na Unidade

Multidisciplinar de Genômica do Instituto de Biofísica.

4.6.8 Análise das sequências. A qualidade das sequências foi analisada pela

visualização dos cromatogramas no programa Chromas Lite 2.1

(http://technelysium.com.au). Sequências com qualidade das bases acima de 20

(probabilidade de erro de 1%) foram consideradas satisfatórias. Foi realizada a busca

por similaridade com sequências depositadas no GenBank utilizando a ferramenta

blastn. Foi feito o reverso complemento das sequências e estas foram alinhadas pelo

programa M-COFFEE (Moretti et al., 2007). Após o alinhamento, as regiões das

sequencias não utilizadas foram eliminadas manualmente, no programa Jalview 2.8

(Waterhouse et al., 2009).

4.6.9 Análise de clusters. A análise de cluster foi utilizada para obter o agrupamento

das sequências em genótipos. Para esta análise foram utilizadas parte da região do

gene cpcB (220 pb) e a região intergência entre cpcB e cpcA (de 65-120 pb). O

agrupamento foi realizado pelo programa FASTGRUP II (Yu et al.,2006) e foram

agrupadas no mesmo genótipo sequências com 99,7% ou mais de identidade. O

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cálculo do índice de Shannon também foi feito pelo programa FASTGRUP II, segundo a

fórmula abaixo (Yu et al., 2006).

A estimativa de cobertura de amostragem foi feita utilizando o índice S Chao1 , segundo

a equação abaixo. (Kemp & Aller, 2004)

Onde Sobs é o número de genótipos observados, F1 e F2 são o número de genótipos

que foram observados uma e duas vezes, respectivamente.

4.6.10 Minimum spanning tree

Com o intuito de analisar a similaridade entre as sequências obtidas neste trabalho foi

utilizado o método de Median Joining Network. Este método possibilita, através da

construção de árvores denominadas minimumg spanning tree, avaliar as relações entre

sequências que apresentam baixa divergência. A análise de median joining e a

construção da minimum spanning tree foram realziadas através do programa Network

4.6 (fluxus-engineering.com), utilizando os parâmetros padronizados do programa.

4.6.11 Construção das árvores filogenéticas. Para a construção das árvores

filogenéticas foi utilizada a região codificante cpcB (220pb) das sequências obtidas.

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Nesta análise, além das sequências geradas neste trabalho foram utilizadas sequências

disponíveis no GenBank dos gêneros que ocorrem no reservatório do Funil, com maior

contribuição de sequências de Microcystis (Anexo 2). Foi construída uma árvore para as

sequências obtidas de cada mês, totalizando sete árvores. Após o alinhamento das

sequências, foi calculado qual o modelo evolutivo mais adequado para o grupo de

sequências analisadas e partir disso, foi feita a construção das árvores filogenéticas

pelo método Neighbor Joining, no programa MEGA 5.10 (Tamura et al., 2011)

4.7 Análise estatística

Foram realizadas análises de correlação entre os dados abióticos, os dados de

biomassa fitoplanctônica, concentração de microcistina, proporção de genótipos

tóxicos, e diversidade de genótipos de cianobactérias. As análises de correlação foram

realizadas no programa Statistica 7.0

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55

5. Resultados

5.1 Dados Abióticos

A temperatura atmosférica e a precipitação no município de Resende-RJ no período

estudado estão representadas na figura abaixo (Figura 11). Os maiores volumes de

precipitação ocorreram nos meses de dezembro, janeiro e março, com valores entre

200 e 300 mm/mês. A temperatura atmosférica média mensal sempre esteve acima de

20ºC, variando de 21,2oC em novembro a 25,3oC no mês de fevereiro.

A temperatura da água no reservatório do Funil variou de 24,7oC no mês de outubro a

29,2oC no mês de dezembro, com média de 27,0oC. As maiores temperaturas foram

Figura 11 - Variação mensal (out 2011 - abril 2012) da temperatura média e precipitação no município de Resende-RJ.

T

em

pe

ratu

ra (

oC)

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registradas entre dezembro e fevereiro e em dezembro foi possível observar a

estratificação térmica da coluna d’ água (Fig. 12a).

A variação de pH no reservatório do Funil é mostrada na figura abaixo (Figura 12b). Os

menores valores de pH foram observados nos meses de março e abril, em torno de 6,5,

enquanto os maiores valores de pH foram observados entre dezembro e fevereiro

chegando próximo a 9,5. Não foi observada grande variação longitudinal do pH ao

longo da zona eufótica nos meses amostrados.

A turbidez no ponto amostrado variou de 2,84 NTU no mês de abril a 25 NTU no mês

de dezembro (Tabela 6). Os maiores valores de turbidez foram encontrados nos meses

com maior pluviosidade, quando o aporte de material particulado é maior. A

transparência do reservatório variou de 2,6 m em abril a 0,7 m em dezembro. Esta

variável está associada à turbidez, uma vez que quanto maior a turbidez da água,

a b

Figura 12 - Variação de temperatura (a) e pH (b) na zona eufótica ao longo dos meses (out 2011 - abril 2012) no Reservatório do Funil.

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menores os valores de transparência. A condutividade elétrica variou de 74 µScm-1 em

outubro a 95 µScm-1 em dezembro. A condutividade elétrica está associada à

concentração de íons na água e se encontra mais elevada nos meses de maior

pluviosidade.

As análises das concentrações das diferentes formas de nitrogênio permitiram observar

que o íon amônio apresentou a menor concentração no mês de abril, 1,0 µgL-1, e a

maior no mês de dezembro, chegando a 102,6 µgL-1. Com exceção do mês de

dezembro, todos os outros meses apresentaram concentrações relativamente baixas do

íon amônio. A concentração máxima de nitrito foi observada no mês de outubro (85,1

µg.L-1). Os meses de novembro, dezembro e março, nos quais foram observados os

valores mais baixos, apresentaram concentrações de nitrito em torno de 20,0 µg.L-1. As

concentrações de nitrato estiveram elevadas em praticamente todos os meses

amostrados. A maior concentração de nitrato foi observada em abril (3014,5 µg.L-1) e a

menor em fevereiro 439,4 µgL-1.

A concentração de fósforo solúvel reativo sempre esteve abaixo de 10 µg.L-1. As

maiores concentrações deste íon foram detectadas nos meses de março e abril (8,5 e

9,3 µg.L-1) e a menor no mês de outubro (4,1 µg.L-1).

As maiores concentrações de fósforo total foram observadas nos meses de novembro e

janeiro (43,25 e 41,45 µg.L-1) e as menores nos meses de março e abril (14,41 e 7,21

µgL-1).

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Tabela 6 - Variáveis limnológicas na amostra integrada da zona eufótica do ponto amostrado do reservatório do Funil. Turbidez (NTU); Transparência (m), Condutividade (µScm

-1); NO2

- (µgL

-1); NO3

-

(µgL-1

); NH4+ (µgL

-1); Fósforo Solúvel Reativo, SRP (µgL

-1); Fósforo total (TP).

Turbidez Transparência Condutividade NO2

- NO3

- NH4

+ SRP TP

Out 19,3 0,8 74 85,1 1714,9 49,0 4,1 34,24

Nov 9 1,2 80 24,5 1500,7 3,5 5,1 43,25

Dez 25 0,7 95 22,4 629,1 102,6 4,9 37,84

Jan 15 0,8 85 48,6 1324,7 12,8 6,3 41,45

Fev 14 0,8 91 32,7 439,4 5,0 6,9 32,44

Mar 4,12 1,8 87 25,7 2810,9 6,7 8,5 14,41

Abr 2,84 2,6 84 28,9 3014,5 1,0 9,3 7,21

5.2 Fitoplâncton

O fitoplâncton foi avaliado quanto à biomassa e também biomassa de clorofila. Os

valores de clorofila em geral coincidiram com os de biomassa fitoplanctônica, sendo os

mais elevados identificados nos meses de outubro, dezembro, janeiro e fevereiro

(Figura 13). A concentração de clorofila apresentou seu máximo no mês de dezembro,

38,9 µg.L-1, e os menores valores nos meses de março e abril, em torno de 2 µg.L-1.

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Figura 13 - Variação da concentração de clorofila e da biomassa fitoplanctônica no reservatório do Funil.

Foram identificados por microscopia 22 táxons fitoplanctônicos ao longo do período

amostral, com maior contribuição de cianobactérias (12) e algas verdes (6). Anexo (1)

Na amostra para análise qualitativa, principalmente nos meses de outubro e novembro,

foi observada uma variedade de morfotipos coloniais de cianobactérias (Figura 14). A

identificação das espécies correspondentes a estes morfotipos foi feita de acordo com a

organização das células na colônia, presença de mucilagem e número de planos de

divisão. Foi possível distinguir 4 espécies: Radiocystis fernandoii, Microcystis

aeruginosa, Microcystys protocystis e Sphaerocavum brasiliense. Contudo, na análise

quantitativa (contagem do número de células), foi observada predominantemente a

ocorrência de células isoladas. Neste estado, a identificação em nível específico é

praticamente impossível, devido à falta dos caracteres citados acima. Portanto, para a

apresentação e discussão dos dados seguintes essa variedade de morfotipos foi

agrupada e definida como Microcystis spp.

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Figura 14 –Microscopia ótica dos principais morfotipos de cianobactérias encontrados no reservatório do Funil a- Dolichospermum sp. e morfotipos coloniais de Microcystis ; b -Microcystis proctocystis, c e d - Dolichospermum sp.; e. Cylindrospermopsis raciborskii. f- Radiocystis fernandoii; g- morfotipos colônias de Microcystis.

c d

e f g

a

b

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Ao longo de todo o período estudado houve dominância de cianobactérias, chegando

até a 99,8% da biomassa fitoplanctônica no mês de dezembro (Figura 15). A menor

contribuição de cianobactérias para biomassa foi observada no mês de abril, com

88,4%. Os gêneros que mais contribuíram para a dominância de cianobactérias foram

Microcystis, Dolichospermum e Cylindrospermopsis.

No mês de outubro observou-se a dominância de Microcystis spp., com contribuição de

Dolichospermum sp. e elevada biomassa total. Contudo, no mês de novembro, ocorreu

uma diminuição expressiva da biomassa fitoplanctônica, com codominância entre

Microcystis spp. e Dolichospermum sp. Em dezembro foi observado um acentuado

aumento da biomassa total, atingindo o maior valor do período estudado e ampla

dominância de Microcystis spp. A seguir, ocorreu uma mudança na composição de

espécies, com dominância e elevada biomassa de Cylindrospermopsis racibosrkii,

juntamente com a presença de Dolichospermum sp. em janeiro. Embora com biomassa

bem menor, Cylindrospermopsis racibosrkii se manteve presente nos meses seguintes.

No mês de fevereiro ainda foi possível observar uma biomassa elevada, com

dominância de Dolichospermum sp. e Microcystis spp. Nos meses de março e abril,

observou-se a diminuição da biomassa fitoplanctônica, mas permaneceram os mesmos

gêneros anteriormente encontrados e predominância de Microcystis spp.

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Conforme descrito, o gênero Microcystis dominou entre o fitoplâncton na maior parte

dos meses estudados, estando presente em todo o período, mas apresentando

variação em relação à dominância e biomassa (Figura 15). Os meses de biomassa mais

elevada de Microcystis foram outubro e dezembro, em que este gênero foi responsável

por 98% da biomassa fitoplanctônica.

.

Figura 15 - Variação mensal (2011-2012) da biomassa fitoplanctônica total (A); e contribuição relativa dos principais táxons de cianobactérias (Cylindrospermopsis racibosrkii, Dolichospermum sp., Microcystis spp. e Pseudoanebaena minima) e outros grupos fitoplanctônicos (B).

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63

5.3 Microcistinas

Foram detectadas três variantes de microcistina nas amostras analisadas, microcistina

LR, RR e YR. A microcistina predominante em todos os meses, com exceção de

janeiro, foi a LR e a maior concentração encontrada foi observada no mês de outubro,

com 530 ng.L-1 (Figura 16). A microcistina RR foi predominante no mês de dezembro

(67,8 ng.L-1) e janeiro, mas em baixa concentração (7,2 ng.L-1). No mês de janeiro a

concentração total de microcistinas foi a menor de todo o período, provavelmente

devido à dominância de Cylindrospermopsis racibosrkii, que não produz microcistinas, e

diminuição da biomassa de Dolichospermum sp. e Microcystis spp., gêneros

potencialmente produtores de microcistina. Com exceção de outubro, a concentração

de microcistina total não foi elevada, com valores próximos ou abaixo de 200 ng.L-1. As

concentrações de microcistina foram incluídas na análise de correlação, mas não foi

observada correlação significativa com nenhuma variável ambiental ou biomassa

fitoplanctônica.

Figura 16 - Variação mensal das concentrações das três variantes de microcistina detectadas no reservatório do Funil entre outubro de 2011 e abril de 2012.

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64

5.4 Quantificação de genótipos potencialmente produtores de microcistina

Para realizar a quantificação dos genótipos potencialmente produtores de microcistina,

foram combinados os resultados da amplificação de sequências de genes que

codificam as enzimas da síntese de microcistina e de genes rDNA16S. Como estimativa

do número de células de cianobactérias utilizou-se como alvo o gene rDNA16S, sendo

que um par de primers teve como alvo os genes rDNA16S de cianobactérias em geral

(cya) enquanto outro teve como alvo o gene rDNA16S de Microcystis apenas (micr).

Como estimativa do número de células potencialmente tóxicas usou-se como alvo os

genes mcyA e mcyB, presentes no agrupamento de genes relacionados a síntese de

microcistinas, sendo o primeiro amplificado com primers gerais para cianobactérias e o

segundo com primers específicos para Microcystis.

Para todos os pares de primers foram realizadas curvas padrão relacionando

concentrações de DNA com valores de Ct das respectivas reações de amplificação

(Anexo 3). Em todos os casos foram obtidas relações lineares altamente significativas

entre a quantidade de DNA inicial (convertidas em equivalente de número de células) e

os valores de Ct. Os parâmetros das curvas padrão e as eficiências de amplificação de

cada par de primer estão resumidos na tabela 7. Apesar de uma boa correlação linear,

o par de primers mcyA (para amplificar este gene em diversos gêneros) não apresentou

resultados satisfatórios de acordo com a análise das curvas de amplificação

(fluorescência x número de ciclos de amplificação) e a eficiência de amplificação

calculada foi muito baixa. Por isso, os dados obtidos com este par de primers não serão

apresentados. Sem esta informação não foi possível estimar a quantidade de células

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65

potencialmente produtoras de microcistina de outros gêneros que não Microcystis no

reservatório.

Os valores das temperaturas de desnaturação dos produtos de qPCR obtidos com cada

par de primer ao amplificar DNA cromossômico obtido das diferentes amostras de

campo foram semelhantes aos obtidos ao amplificar DNA cromossômico purificado de

uma linhagem isolada de Microcystis mantida em laboratório, demonstrando assim a

reprodutibilidade do ensaio (Tabela 7).

Tabela 7 - Parâmetros da curva de calibração do PCR quantitativo e temperatura de desnaturação dos produtos gerados com cada par de primer utilizado.

Primers

Eficiência

de

amplificação

Inclinação

(slope)

Interceptação

do eixo Y R2

Temperatura

de

desnaturação

16SrDNA

Cianobactéria

(cya)

100 -2,2819 30,846 0,9973 82,76 - 83,71 oC

16SrDNA

Microcystis

(micr)

100 -3,1252 29,751 0,9946 84,01 - 85,00 oC

mcyA

Cianobactéria 78,7 -3,966 42,806 0,995 77,54 - 78,04

oC

mcyB

Microcystis 99,54 -3,333 36,211 0,9945 77,30 - 77,56

oC

No caso de cada par de primer, a conversão dos valores de Ct das reações de qPCR

para “equivalentes de células” foi realizada calibrando a relação entre estes dois

parâmetros a partir da amplificação de DNA cromossômico de uma linhagem isolada de

Microcystis, cujo número de células foi quantificado por microscopia. No gráfico abaixo

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66

são apresentados os valores de equivalentes de células por mL para cianobactérias

(cya), cianobactérias do gênero Microcystis (micr) e cianobactérias do gênero

Microcystis que possuem um dos genes para a produção de microcistina (mcyB) (Figura

17). Os maiores valores de densidade de células de cianobactérias foram observados

no mês de janeiro (1,2 x 104 células.mL-1) e os maiores valores de Microcystis no mês

de outubro (2,5 x 103 células.mL-1). As células potencialmente tóxicas de Microcystis

estiveram presentes em todos os meses de amostragem, com maiores densidades nos

meses de novembro e dezembro.

Com base nos valores apresentados acima foi calculada a proporção de células

potencialmente tóxicas de Microcystis ao longo dos meses (Figura 18). Esse cálculo foi

Figura 17 - Variação mensal (2011-2012) de valores de equivalentes de célula/mL para cianobactéria total (cya), Microcystis (micr) e genótipos mcyB+ de Microcystis (mcyB) no reservatório do Funil.

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67

feito dividindo-se o equivalente de células de mcyB (Microcystis tóxica) pelo equivalente

de células totais de Microcytis. Nos meses de outubro e fevereiro aproximadamente

10% das células Microcystis eram potencialmente produtoras de microcistinas. Nos

meses de dezembro e janeiro cerca de 80% da população de Microcystis era formada

por células potencialmente produtoras de microcistina e nos meses de novembro,

março e abril 100% das células de Microcystis foram positivas para mcyB.

No gráfico abaixo são apresentados em conjunto os valores de equivalentes de células

de Microcystis mcyB+ e a concentração de microcistina (Figura 19a). É possível

observar que nem sempre estas medidas coincidiram. A amostra do mês de outubro,

com maior concentração de microcistina na água não foi a que apresentou o maior

Figura 18 - Variação mensal (2011-2012) da proporção de genótipos potencialmente produtores de microcistina, calculada a partir da razão entre equivalente de células mcyB+ e equivalente de células de Microcystis.

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68

número de células com potencial de produção desta cianotoxina. De outubro para

novembro a concentração de microcistina decaiu, no entanto a densidade de células

mcyB+ aumentou. Em outros casos estas medidas foram mais concordantes. Em

novembro, observou-se o maior número de células que possuíam o gene para a síntese

de microcistina e concentrações relativamente altas de microcistina na água. A amostra

de dezembro teve valores intermediários tanto de genótipos mcyB+ como de

concentração dessa cianotoxina. Na amostra de janeiro foi observado baixo número de

genótipos mcyB+ e também baixa concentração de microcistina. Assim, o decréscimo

de genótipos mcyB+ acompanhou a diminuição das concentrações de toxina neste

período. As amostras dos meses de fevereiro, março e abril apresentam valores

relativamente baixos de microcistinas, e também baixo número de células

potencialmente tóxicas.

A partir dos destes dados foram calculados os valores de cota celular de microcistina

dividindo-se a concentração de microcistina por número de células potencialmente

a

a b

Figura 19 - Variação mensal dos valores de (a) equivalentes de células de Microcystis potencialmente produtoras de microcistina (mcyB) e concentrações de microcistina; (b) cota celular de microcistina, calculada a partir da razão entre concentração de microcistina e por número de genótipos de Microcystis potencialmente tóxicos (mcyB+).

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69

produtoras (mycB) do gênero Microcystis (Figura 19b). A cota celular também

apresentou ampla variação ao longo dos meses. Os meses de outubro, fevereiro, março

e, em menor grau abril, apresentam elevados valores de cota celular de microcistina,

sendo que em fevereiro e março estes valores foram similares. Já nos meses de

novembro, dezembro e janeiro houve baixa concentração de microcistina por célula,

com valores similares.

Para verificar se nas amostras coletadas do reservatório do Funil havia linhagens de

Dolichospermum potencialmente produtoras de microcistina, foram realizadas PCRs

utilizando pares de primers capazes de amplificar especificamente o gene mcyE de

Dolichospermum ou o gene mcyE de Microcystis (Figura 20). Não foi possível observar

amplificação alguma utilizando o par de primers para mcyE de Dolichospermum,

indicando que este gênero não é potencialmente produtor de toxinas neste ambiente.

a b c

Figura 20 - Produtos da amplificação por PCR da região (a) rDNA16S (b) mcyE Microcystis e (c) mcyE Dolichospermum. 1 - padrão de peso molecular de DNA, banda mais forte indica 1 kb; 2 - DNA cromossômico de uma linhagem isolada de M. aeruginosa; 3 a 9 - DNA cromossômico de amostras de água dos meses de: outubro, novembro, dezembro, janeiro, fevereiro, março, abril; 10 - controle negativo, sem DNA molde.

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70

5.5 Diversidade de genótipos de cianobactérias.

Com objetivo de analisar a diversidade genética de cianobactérias no reservatório do

Funil, foi obtido DNA total a partir de amostras de água e amplificado o fragmento da

região cpcBA. Este apresentou tamanho entre 650 e 700pb (Figura 21). A variação de

tamanho do fragmento é esperada, uma vez que o produto de amplificação inclui a

região intergênica que pode variar de tamanho nos diferentes gêneros de

cianobactérias.

Para cada mês foi construída uma biblioteca plasmidial de sequências cpcBA. Foram

sequenciados no total 204 clones, sendo que os meses de outubro, novembro, janeiro e

abril foram representados por 38, 29, 31 e 33 sequências respectivamente enquanto

que março, fevereiro e dezembro ficaram com menor número de sequências (23, 25 e

25 respectivamente). Considerando como mesmo genótipo aquelas sequências com

identidade maior que 99,7%, as sequências foram agrupadas em 58 genótipos. Dos 14

genótipos que apresentaram mais de uma sequência, 11 tiveram alta (> 98%)

Figura 21 - Produtos da amplificação por PCR da região cpcBA usando como molde DNA cromossômico total de amostras ambientais. Gel de agarose 0,8% em TAE. À direita o padrão de peso molecular de DNA, setas indicam marcadores em número de pb.

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71

identidade com o gênero Microcystis, 1 com o gênero Cylindrospermopsis, 1 com o

gênero Dolichospermum e 1 com o gênero Pseudoanabaena. Dos 44 genótipos com

uma única sequência representante, 88,6% obtiveram identidade acima de 99% com

sequência do GenBank do gênero Microcystis e 11,4% com Cylindrospermopsis.

A Figura 22 demonstra a flutuação dos genótipos ao longo dos meses. O único

genótipo presente em todas as amostras foi o genótipo de Microcystis M1. Alguns

genótipos estiveram presentes em quase todos os meses de amostragem, como os

genótipos de Microcystis M2 e M4, a maioria dos genótipos esteve presente em apenas

poucos meses. O genótipo predominante de Cylindrospermopsis, C1, foi observado nos

meses de janeiro, março e abril e genótipos únicos de Cylindrospermopsis só foram

observados na amostra de abril.

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72

Figura 22 - Variação mensal da ocorrência relativa de genótipos de cianobactérias, segundo a região cpcBA. M, Microcystis; C, Cylindrospermopsis; A Dolichospermum; P, Pseudoanabaena; UC genótipos únicos de Cylindrospermopsis; e UM, genótipos únicos de Microcystis.

Foi feita a estimativa de riqueza em cada mês utilizando o índice SChao para avaliar a

cobertura da amostragem (Tabela 8). A média da cobertura de amostragem foi de

45,61% e os meses com maior cobertura foram dezembro, fevereiro e março.

No mês de outubro, quando houve a predominância do genótipo de Microcystis M1, foi

observada a menor diversidade e a maior cobertura. Os meses com maior diversidade

de genótipos foram novembro e dezembro, nos quais houve maior ocorrência de

genótipos únicos. A partir de dezembro houve uma queda na diversidade de genótipos,

concomitante ao aparecimento dos genótipos de Cylindrospermopsis.

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73

Tabela 8 - Estimativa de riqueza, cobertura da amostragem e índice de diversidade de Shanonn dos genótipos de cianobactérias do reservatório do Funil ao longo dos meses amostrados.

Riqueza

observada S(chao) Cobertura (%)

Índice de

Shannon

out 12 31 32,3 1,6

nov 17 39 43,6 2,4

dez 14 26,5 52,8 2,4

jan 8 20,5 39 1,6

fev 9 17,3 52,2 1,7

mar 12 19,3 62,3 1,9

abril 14 37,8 37,1 2,3

A partir da construção de diagramas de mininum spanning tree foi possível observar a

relação entre todas as sequências obtidas. Como esperado, sequências dos quatro

gêneros detectados formaram agrupamentos bem distintos e distantes (Figura 23). Na

Figura 24, há o destaque do agrupamento de sequências do gênero Microcystis. É

possível observar o agrupamento de diversas sequências, com destaque para os

genótipos M1 (círculos pretos), M2 (círculos verdes) e M3 (círculos laranjas) É importante

ressaltar que este programa só agrupa o mesmo genótipo sequências com 100% de

identidade. Juntos, estes genótipos respondem por 46% das sequências de Microcystis.

Também são observados diversos genótipos únicos, representados pelos círculos

menores e amarelos. A proximidade entre os círculos está relacionada a similaridade entre

as sequências e portanto observa-se um elevado número de sequências únicas muito

similares aos genótipos mais frequentes.

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74

Microcystis

Temperatura

Dolichospermum

Cylindrospermopsis Pseudoanabaena

Figura 23 - Minimmum spaning tree de todas as sequências obtidas, utilizando parte do gene cpcB e a região intergênica (total 290 pb). Estão destacados os agrupamentos de sequências dos quatro gêneros detectados. O diâmetro dos círculos é proporcional ao número de genótipos. Os números representam a quantidade de sequências em cada grupo.

2

4

30

168

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75

Figura 24 - Minimmum spanning tree das sequências do gênero Microcystis. Círculos maiores representam um maior número de sequências e os círculos menores e amarelos representam

sequências únicas ❶Genótipo M1 ❷Genótipo M2 ❸Genótipo M3 ❹ Genótipo M4 ❺ Genótipo M5 ❻

Genótipo M6 ❿Genótipo M10 ⓫Genótipo M11

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76

Foram construídas árvores filogenéticas utilizando parte da sequência do gene cpcB (220

pb) dos indivíduos recuperados em cada mês, incluindo também sequências de gêneros

que ocorrem no reservatório do Funil, disponíveis no GenBank. Para cada mês foi

construída uma árvore com as sequências obtidas e com sequências de referência

(Figuras 25 a 31). As sequências de referência estão indicadas na árvore com o nome da

espécie e o número de acesso do GenBank ao lado. A lista completa das sequências de

referência utilizadas e seus respectivos números de acesso estão disponíveis no Anexo 2.

Em nenhum caso foi possível fazer distinção entre espécies de Microcystis, indicando que

o cpcB não é um bom marcador para distinguir espécies deste gênero. Além disso, as

sequências de Microcystis obtidas neste estudo não formaram um agrupamento distinto

das sequências de referência, indicando que não há uma distinção geográfica das

linhagens de Microcystis do resrvatório do Funil em relação a outras de distribuição

mundial.

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77

Figura 25 - Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise de distância (Neighbor-Joining) do mês de outubro. São mostrados os valores de bootstrap acima de 50%. As sequências obtidas neste estudo estão representadas pela inicial do mês de coleta (O) e o número da sequência. O valor entre parênteses representa o número de sequências do mesmo genótipo.

Pseudoanabaena

O21

O15 (5)

Microcystis aeruginosa FJ80104

Sphaerocavum brasiliense FJ801047.1

O09

Microcystis aeruginosa AY56869

Microcystis aeruginosa HM02041

Microcystis aeruginosa EU64382

O25 (2)

O16

O20

O40 (18)

O19

O04

O18

O06

O37

O03

Microcystis flosaquae AF195161

002

Microcystis wesenbergii GQ3792

Microcystis wesenbergii AF3853

Microcystis sp AY524851.1

Microcystis viridis AF385383.1

Microcystis aeruginosa AF19517

Microcystis aeruginosa EU44830

O29 (3)

O36

O10

Microcystis aeruginosa JN226766.1

Microcystis aeruginosa JQ93725

Microcystis aeruginosa JN22676

Microcystis aeruginosa JN68826

Microcystis viridis JF798342.1

Microcystis aeruginosa JN688260

Microcystis aeruginosa EU01415

Microcystis aeruginosa JQ937254.1

Anabaena variabilis AY768465.1

Aphanizomenon ovalisporum JN90

Cylindrospermopsis raciborskii AM502049.1

Raphidiopsis brookii ACYB01000

Aphanocapsa montana DQ010411.1

Aphanizomenon sp FJ234877.1

Anabaena circinales AF426012.1

Anabaena spiroides AY702234.1

Anabaena sp AF426015.1

Dolichospermum crassum JN90364

Pseudanabaena sp M99426.1

013

Cyanothece sp CP001344.1

Synechocystis sp CP003265.1

Synechococcus sp FR715492.1

Synechococcus sp CP000097.1100

96

92

84

83

52 64

99

76

54

59

97

71

69

58

53

60

Microcystis

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78

Microcystis aeruginosa EU64382

Microcystis aeruginosa AY56869

N11

Microcystis aeruginosa HM02041

Microcystis aeruginosa FJ80104

S brasiliense FJ801047.1

Microcystis flosaquae AF195161

Microcystis viridis AF385383.1

N13

N09 (5)

N03 (2)

Microcystis sp AY524851.1

Microcystis wesenbergii AF3853

Microcystis wesenbergii GQ3792

Microcystis aeruginosa JN226766

Microcystis aeruginosa AF19517

Microcystis aeruginosa EU44830

Microcystis aeruginosa JN68826

Microcystis aeruginosa JQ93725

Microcystis aeruginosa JN22676

N12

N15

N21 (3)

Microcystis aeruginosa AM01486

Microcystis aeruginosa JQ937254

Microcystis aeruginosa AM04861

Microcystis viridis JF798342.1

Microcystis aeruginosa JN688260

Microcystis aeruginosa EU01415

N06

N26

N16

N18

N19

N38

N04 (7)

Aphanizomenon ovalisporum JN90

Anabaena variabilis AY768465.1

Aphanocapsa montana DQ010411.1

C raciborskii AM502049.1

Raphidiopsis brookii ACYB01000

Aphanizomenon sp FJ234877.1

Anabaena circinales AF426012.1

Anabaena spiroides AY702234.1

Dolichospermum crassum JN90364

Anabaena sp AF426015.1

Pseudanabaena sp M99426.1

N27 (2)

Cyanothece sp CP001344.1

Synechocystis sp CP003265.1

Synechococcus sp FR715492.1

Synechococcus sp CP000097.1100

99

97

88

85

79

78

61

54

61

99

85

74

59

53

67

82

50

97

Figura 26 - Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise de distância (Neighbor-Joining) do mês de novembro. São mostrados os valores de bootstrap acima de 50%. As sequências obtidas neste estudo estão representadas pela inicial do mês de coleta (N) e o número da sequência. O valor entre parênteses representa o número de sequências do mesmo genótipo.

Pseudoanabaena

Microcystis

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79

Microcystis

D11

D03 (2)

D22 (3)

D05

D01

D12 (2)

Microcystis viridis AF385383.1

Microcystis flosaquae AF195161

D10

Sphaerocavum brasiliense FJ801047.1

Microcystis aeruginosa FJ80104

Microcystis aeruginosa HM02041

Microcystis aeruginosa EU64382

Microcystis aeruginosa AY56869

D33 (8)

D21

Microcystis wesenbergii AF3853

Microcystis sp AY524851.1

Microcystis wesenbergii GQ3792

Microcystis aeruginosa JN12267

Microcystis aeruginosa AF19517

Microcystis aeruginosa EU44830

Microcystis aeruginosa JQ19372

Microcystis aeruginosa JN16882

Microcystis aeruginosa JN22676

D09 (3)

Microcystis aeruginosa AM10486

Microcystis aeruginosa JQ93725

Microcystis aeruginosa AM04861

Microcystis viridis JF798342.1

Microcystis aeruginosa JN68826

Microcystis aeruginosa EU01415

D30 (2)

Anabaena variabilis AY768465.1

Aphanizomenon ovalisporum JN90

Cylindrospermopsis raciborskii AM502049.1

Raphidiopsis brookii ACYB01000

Aphanocapsa montana DQ010411.1

Aphanizomenon sp FJ234877.1

Anabaena circinales AF426012.1

Anabaena spiroides AY702234.1

Anabaena sp AF426015.1

Dolichospermum crassum JN90364

Pseudanabaena sp M99426.1

Cyanothece sp CP001344.1

Synechocystis sp CP003265.1

Synechococcus sp FR715492.1

Synechococcus sp CP000097.199

96

92

86

82

57

64

99

78

56

74

52

98

78

67

74

55

Figura 27- Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise de distância (Neighbor-Joining) do mês de dezembro. São mostrados os valores de bootstrap acima de 50%. As sequências obtidas neste estudo estão representadas pela inicial do mês de coleta (D) e o número da sequência. O valor entre parênteses representa o número de sequências do mesmo genótipo.

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80

Microcystis aeruginosa JN68826

Microcystis viridis JF798342.1

Microcystis aeruginosa EU01415

Microcystis aeruginosa AM04861

Microcystis aeruginosa AM10486

Microcystis aeruginosa JQ93725

J04 (8)

Microcystis aeruginosa JN12267

Microcystis aeruginosa JN22676

Microcystis aeruginosa JQ19372

Microcystis aeruginosa JN16882

Microcystis aeruginosa FJ80104

S brasiliense FJ801047.1

Microcystis aeruginosa HM02041

Microcystis aeruginosa AY56869

Microcystis aeruginosa EU64382

Microcystis flosaquae AF195161

J16 (11)

Microcystis viridis AF385383.1

J10

J29 (2)

Microcystis wesenbergii AF3853

Microcystis wesenbergii GQ3792

Microcystis sp AY524851.1

Microcystis aeruginosa AF19517

Microcystis aeruginosa EU44830

Anabaena variabilis AY768465.1

Aphanizomenon ovalisporum JN90

Anabaena sp AF426015.1

Dolichospermum crassum JN90364

Anabaena spiroides AY702234.1

Anabaena circinales AF426012.1

Aphanizomenon sp FJ234877.1

Aphanocapsa montana DQ010411.1

C raciborskii AM502049.1

J09 (7)

Raphidiopsis brookii ACYB01000

J17

J22

Pseudanabaena sp M99426.1

Cyanothece sp CP001344.1

Synechocystis sp CP003265.1

Synechococcus sp FR715492.1

Synechococcus sp CP000097.1100

93

86

80

58

67

9754

60

99

79

55

74

55

69

61

80

66

60

97

Microcystis

Cylindrospermopsis

Figura 28 - Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise de distância (Neighbor-Joining) do mês de janeiro. São mostrados os valores de bootstrap acima de 50%. As sequências obtidas neste estudo estão representadas pela inicial do mês de coleta (J) e o número da sequência. O valor entre parênteses representa o número de sequências do mesmo genótipo.

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81

Microcystis flosaquae AF195161

F21

F09 (8)

F05

F17 (4)

Microcystis wesenbergii GQ3792

Microcystis wesenbergii AF3853

Microcystis sp AY524851.1

Microcystis viridis AF385383.1

Microcystis aeruginosa AF19517

Microcystis aeruginosa EU44830

Microcystis aeruginosa FJ80104

S brasiliense FJ801047.1

Microcystis aeruginosa EU64382

Microcystis aeruginosa AY56869

Microcystis aeruginosa HM02041

Microcystis aeruginosa JN16882

Microcystis aeruginosa JN22676

Microcystis aeruginosa JQ19372

Microcystis aeruginosa JN12267

F23 (10)

Microcystis aeruginosa AM10486

Microcystis aeruginosa JQ93725

Microcystis aeruginosa AM04861

Microcystis aeruginosa EU01415

Microcystis aeruginosa JN68826

Microcystis viridis JF798342.1

Anabaena variabilis AY768465.1

Aphanizomenon ovalisporum JN90

Aphanocapsa montana DQ010411.1

C raciborskii AM502049.1

Raphidiopsis brookii ACYB01000

Aphanizomenon sp FJ234877.1

Anabaena circinales AF426012.1

Anabaena spiroides AY702234.1

Anabaena sp AF426015.1

Dolichospermum crassum JN90364

Pseudanabaena sp M99426.1

F07

Cyanothece sp CP001344.1

Synechocystis sp CP003265.1

Synechococcus sp FR715492.1

Synechococcus sp CP000097.1100

97

92

87

87

84

60

54

50

63

99

78

54

57

69

63

79

69

50

98 Microcystis

Pseudoanabaena

Figura 29 - Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise de distância (Neighbor-Joining) do mês de fevereiro. São mostrados os valores de bootstrap acima de 50%. As sequências obtidas neste estudo estão representadas pela inicial do mês de coleta (F) e o número da sequência. O valor entre parênteses representa o número de sequências do mesmo genótipo.

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82

Microcystis aeruginosa EU01415

Microcystis viridis JF798342.1

Microcystis aeruginosa JN68826

Microcystis aeruginosa AM04861

Microcystis aeruginosa JQ93725

Microcystis aeruginosa AM10486

M09

Microcystis aeruginosa JN12267

Microcystis aeruginosa JN22676

Microcystis aeruginosa JQ19372

Microcystis aeruginosa JN16882

S brasiliense FJ801047.1

Microcystis aeruginosa FJ80104

M23

Microcystis aeruginosa EU64382

Microcystis aeruginosa HM02041

Microcystis aeruginosa AY56869

Microcystis flosaquae AF195161

Microcystis viridis AF385383.1

M07

M06

M04

M13 (7)

M02

M15 (6)

Microcystis sp AY524851.1

Microcystis wesenbergii AF3853

Microcystis wesenbergii GQ3792

Microcystis aeruginosa EU44830

Microcystis aeruginosa AF19517

Anabaena variabilis AY768465.1

Aphanizomenon ovalisporum JN90

Raphidiopsis brookii ACYB01000

M14 (2)

C raciborskii AM502049.1

Aphanocapsa montana DQ010411.1

Aphanizomenon sp FJ234877.1

M18 (2),

Anabaena circinales AF426012.1

Anabaena spiroides AY702234.1

Anabaena sp AF426015.1

Dolichospermum crassum JN90364

Pseudanabaena sp M99426.1

Cyanothece sp CP001344.1

Synechocystis sp CP003265.1

Synechococcus sp FR715492.1

Synechococcus sp CP000097.1100

97

93

82

100

73

63

94

99

90

54

52

81

52

56

77

54

86

77

50

75

63

83

62

100

Dolichospermum

Cylindrospermopsis

Microcystis

Figura 30 - Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise de distância (Neighbor-Joining) do mês de março. São mostrados os valores de bootstrap acima de 50%. As sequências obtidas neste estudo estão representadas pela inicial do mês de coleta (M) e o número da sequência. O valor entre parênteses representa o número de sequências do mesmo genótipo.

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83

Microcystis aeruginosa FJ80104

S brasiliense FJ801047.1

A29

Microcystis aeruginosa AY56869

Microcystis aeruginosa HM02041

Microcystis aeruginosa EU64382

Microcystis flosaquae AF195161

Microcystis viridis AF385383.1

A15

A32

A28

Microcystis aeruginosa JN22676

Microcystis aeruginosa JN16882

Microcystis aeruginosa JQ19372

Microcystis aeruginosa JN12267

Microcystis aeruginosa AM10486

Microcystis aeruginosa JQ93725

Microcystis aeruginosa AM04861

Microcystis aeruginosa JN68826

Microcystis aeruginosa EU01415

Microcystis viridis JF798342.1

A03/140430/1290/1290/1-224

Microcystis wesenbergii AF3853

Microcystis sp AY524851.1

Microcystis wesenbergii GQ3792

Microcystis aeruginosa AF19517

Microcystis aeruginosa EU44830

Anabaena variabilis AY768465.1

Aphanizomenon ovalisporum JN90

Anabaena sp AF426015.1

Dolichospermum crassum JN90364

Anabaena spiroides AY702234.1

Anabaena circinales AF426012.1

Aphanizomenon sp FJ234877.1

Aphanocapsa montana DQ010411.1

C raciborskii AM502049.1

A17

Raphidiopsis brookii ACYB01000

A26

A22

Pseudanabaena sp M99426.1

Cyanothece sp CP001344.1

Synechocystis sp CP003265.1

Synechococcus sp FR715492.1

Synechococcus sp CP000097.1100

96

92

79

72

70

66

68

83

99

58

100

91

52

68

52

80

61

80

76

85

71

79

72

100

Microcystis

Cylindrospermopsis

Figura 31 - Árvore filogenética baseada nas sequências parciais de cpcB calculada pela análise de distância (Neighbor-Joining) do mês de abril. São mostrados os valores de bootstrap acima de 50%. As sequências obtidas neste estudo estão representadas pela inicial do mês de coleta (A) e o número da sequência. O valor entre parênteses representa o número de sequências do mesmo genótipo.

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84

6 – Discussão

Relação entre fatores abióticos e biomassa fitoplanctônica

O Reservatório do Funil vem sendo intensamente estudado ao longo dos últimos 15

anos e muito já se conhece acerca da dinâmica sazonal e espacial das variáveis

limnológicas e da dinâmica fitoplanctônica. (Rocha, 2012 Soares et al., 2009, Rocha et

al., 2002, Branco et al., 2002). As elevadas temperaturas e pluviosidade observadas

nos meses de coleta (Figura 11) são características da estação chuvosa e quente,

compreendida principalmente entre os meses de novembro e março. Altas temperaturas

da água também são frequentemente observadas nesta localidade neste período e

podem contribuir para a estratificação da coluna d’água e para a dominância de

cianobactérias. Diversos trabalhos já reportaram as maiores temperaturas anuais e

também a maior incidência de florações no período estudado neste trabalho (Rocha,

2012; Ferrão Filho et al., 2009; Soares, 2008; Rocha, 2007). No presente estudo, a

amostragem da água foi realizada somente na zona eufótica e, portanto, não foi

possível determinar se a coluna d’água estava estratificada ao longo de todo o período

amostrado. Apesar disso, observou-se a estratificação térmica na zona eufótica no mês

de dezembro (Figura 12a).

Estudos anteriores relataram estratificação térmica neste reservatório em vários

períodos do ano, principalmente nos meses de temperatura mais elevada, padrão

também observado em outros reservatórios brasileiros (Soares et al., 2009; Branco et

al., 2002; Henry, 1995;). Além disso, o aumento na temperatura da água também

diminui sua viscosidade, diminuindo a resistência à migração. Nessas condições,

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85

cianobactérias que possuem aerótopos se beneficiam por conseguirem manter-se nas

camadas mais superficiais da d’água, recebendo maior incidência luminosa. Assim, se

estabelecem em uma camada superficial, o que dificulta a penetração luminosa,

diminuindo a profundidade da zona eufótica e limitando o crescimento de outros

organismos fitoplanctônicos (Paerl & Paul, 2011). Portanto, a estratificação da coluna

d’água pode favorecer a formação de florações de cinaobactérias.

O pH da água no Reservatório do Funil tendeu a alcalino, variando de 6,5 a 9,5 (Figura

12b), o que não diferiu das condições avaliadas em outros trabalhos neste reservatório

(Soares et al., 2009, Branco et al., 2002; Rocha et al. 2002). Valores de pH elevados

costumam ser comuns em reservatórios dominados por cianobactérias (Bouvy et al.,

2001; Chellapa & Costa, 2003), estando relacionados ao aumento da atividade

fotossintética durante florações.

Com relação aos valores de condutividade observados neste estudo, eles são próximos

a valores anteriormente relatados neste reservatório (Ferrão Filho et al.; 2009, Rocha,

2012).A condutividade apresentou maiores valores no mês de janeiro (tabela 5), o que

pode estar relacionado ao aumento da pluviosidade.

Reservatórios são ambientes de transição entre rios e lagos e, portanto, apresentam

elevada heterogeneidade espacial. O Reservatório do Funil apresenta marcada

variação espacial, principalmente em relação ao fósforo total e transparência (Soares,

2012) e observa-se o aumento da biomassa fitoplanctônica ao longo do gradiente rio-

reservatório. Nos trabalhos que estudaram a dinâmica espacial do fitoplâncton no

Reservatório do Funil, as maiores biomassas fitoplanctônicas foram observadas

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86

próximo à barragem (Soares, 2008; Rocha, 2012). Portanto, pela impossibilidade de

realizar amostragens em diversos pontos no presente estudo, foi escolhido somente um

ponto próximo à barragem.

Apesar de o reservatório do Funil ser classificado como eutrófico (Branco et al., 2002),

foram detectadas baixas concentrações de fósforo dissolvido nas amostras analisadas

(tabela 5, valor mínimo 4,1 ug.L-1 valor máximo 9,3 ug.L-1). Baixas concentrações de

fósforo dissolvido também foram observadas neste mesmo reservatório em outros

trabalhos: Rocha, 2012, detectou concentrações abaixo de 12 µg.L-1 em alguns meses,

Ferrão-Filho et al., 2009 detectou 9,3 µg.L-1 de fósforo solúvel reativo em uma amostra,

Rangel et al, 2012 e Branco et al, 2002, detectaram em algumas amostras

concentrações abaixo de 10 µg.L-1. O ponto de coleta do presente estudo, por estar

próximo à barragem, apresenta marcada característica de ambiente lêntico, e portanto,

a baixa concentração de fósforo solúvel reativo pode ser devida aos processos

sedimentação que ocorrem ao longo do reservatório. Segundo Reynolds, 2006,

concentrações de fósforo solúvel reativo abaixo de 10 µg.L-1 são limitantes ao

crescimento fitoplanctônico. Apesar disso, mesmo com baixas concentrações de fósforo

dissolvido, observou-se elevada biomassa fitoplanctônica (Figura 13). Também no caso

de Soares et al., 2012, em que durante um ano amostras incluíram 4 pontos de coleta

no reservatório do Funil, representando ambientes fluvial, intermediário e lêntico, foi

próximo à barragem que as maiores biomassas fitoplanctônicas foram registradas,

associadas às menores concentrações de fósforo e nitrogênio total. Este fenômeno foi

atribuído à diminuição da turbidez e consequente maior penetração de luz, favorecendo

o crescimento fitoplanctônico. Portanto, além de processos de sedimentação que

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87

ocorrem ao longo do reservatório, a baixa concentração de fósforo dissolvido se deve a

assimilação por organismos fitoplanctônicos, resultando na elevada biomassa

observada. Além disso, as cianobactérias são capazes de acumular fósforo inorgânico

na forma de grânulos de polifosfato (Xiaoli et al., 2003) e portanto, períodos limitados de

baixa concentração de fósforo podem não interferir no seu crescimento. Associado a

isto, as elevadas concentrações fósforo total demonstram que a maioria do fósforo se

apresentava na forma orgânica, assimilada pela biomassa fitoplanctônica (tabela 5).

A concentração de nitrogênio inorgânico dissolvido (NID) foi elevada durante todo o

período amostrado, e a menor concentração de NID foi observada no mês de fevereiro,

cerca de 477 µg.L-1. Portanto, durante todo o período analisado não houve limitação por

nitrogênio, o que segundo Reynolds, 2006 ocorre abaixo de 100 µg.L-1. A forma mais

abundante de nitrogênio dissolvido foi o nitrato, com concentrações de até 2800 µg.L-1

(Tabela 5). Altas concentrações de nitrato inorgânico e baixas concentrações de fósforo

solúvel reativo também já foram observadas em outros reservatórios brasileiros,

eutróficos, submetidos à influência antropogênica, devido à alta deposição de

sedimentos orgânicos e à elevada biomassa fitoplanctônica. (Branco & Senna 1994;

Barbosa et al. 1995). O trabalho de Rangel et al. (2012) reuniu dados de vários

reservatórios brasileiros e apontou o Reservatório do Funil como o de maiores

concentrações de fósforo total e nitrogênio total. Os resultados foram para o período de

2006 e 2007 e concordam com outros trabalhos, como Soares (2008) e Rocha (2012).

Os valores de clorofila observados também foram próximos aos já descritos para esse

ambiente. Os maiores valores de clorofila foram observados entre outubro e fevereiro,

com máximo de 38,9 µg.L -1 em dezembro. Ferrão e Filho et al., (2009), em coletas

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88

mensais, detectaram concentrações de até 78 µg.L-1 em dezembro de 2002 e Rocha,

(2012) reportou 189 μg.L-1 em julho de 2009, contudo, esses valores são excepcionais.

Wetzel (2001) considera que ambientes com concentrações de clorofila-a maiores que

11 µg.L -1 são eutróficos.

A biomassa fitoplanctônica mais elevada no período estudado foi observada no mês de

dezembro, alcançando 7,7 mm3.L-1. Comparativamente, Soares, et al., 2009,

reportaram nos meses de novembro e dezembro de 2002, biomassa fitoplanctônica

próxima a 130 mg.L-1 em amostras coletadas na superfície.

No presente estudo foi feita amostragem integrada na zona eufótica e, portanto, pode

ter ocorrido a diluição da amostra, acarretando na diminuição da biomassa final. Rocha

(2012), com coletas de água da subsuperfície, observou maiores biomassas em janeiro

e fevereiro, próximos a 9 e 20 mm3.L-1 respectivamente. Ferrão Filho et al., 2009

avaliou somente a densidade de células e encontrou os maiores valores em novembro

e fevereiro de 2006, chegando a 4x105 células.ml-1.

Na amostra coletada em novembro foi observada baixa biomassa de cianobactérias

(abaixo de 2 mm3.L-1), contrastando com os meses de outubro e dezembro. Apesar de

não dispormos de dados de FURNAS acerca da vazão diária do Reservatório do Funil,

a abertura da barragem, conhecida como vazão vertida, foi relatada por um morador, o

que pode ter promovido a perda da biomassa fitoplanctônica. Este fenômeno não é

raro, visto que este reservatório é voltado para geração de energia. Além disso, a vazão

vertida também ocorreu durante o período amostrado por Soares, (2008), ocasionando

drástica diminuição da biomassa fitoplanctônica. Além de novembro, também nos

meses de março e abril a biomassa fitoplanctônica esteve abaixo de 2 mm3.L-1. Neste

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89

caso os baixos valores podem ser atribuídos ao fim do verão, com diminuição das

temperaturas e o fim do período de chuvas.

Identificação e dinâmica de gêneros/espécies de cianobactérias

Neste estudo, os principais gêneros, e em alguns casos, espécies, de cianobactérias

presentes durante o período amostrado foram identificados tanto com base na

morfologia, por exame microscópico, quanto com base em marcadores moleculares.

Neste último caso, usou-se como parâmetro uma região gênica/intergênica bastante

utilizada na detecção e identificação de cianobactérias, cpcBA (Neilan et al. 1995).

De acordo com a identificação de morfotipos, foram identificados doze táxons de

cianobactérias (anexo 1), com destaque para os morfotipos Microcystis aeruginosa,

Spaherocavum brasiliense, Dolichospermum sp e Cylindrospermopsis raciborskii.

O gênero Sphaerocavum foi descrito por Azevedo & Sant’Anna, (2003). A definição

desse novo gênero de cianobactéria foi baseada principalmente na morfologia da

colônia e no número de planos de divisão. S. brasiliense possui dois planos de divisão

ao passo que células do gênero Microcystis possuem três planos de divisão. S.

brasiliense possui ampla distribuição nos sistemas aquáticos no Brasil e é um táxon

importante na formação de florações nos reservatórios (Sant´Anna et al. 2008).

Contudo, a separação entre Sphaerocavum e Microcystis, com base apenas na

morfologia, é problemática pelos poucos caracteres distintos (Sant´Anna et al. 2004,

Cybis et al. 2006). No reservatório do Funil, a primeira identificação de S. brasiliense foi

feita por Rocha et al., 2012, ao passo que trabalhos anteriores identificaram a presença

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90

de Microcystis aeruginosa e de Microcystis panniformis (Ferrão Filho, 2009, Soares,

2009; Silva et al., 2009).

Quanto à caracterização molecular de S. brasiliense Gomes, 2008, em sua tese de

doutorado, isolou da represa Vargem das Flores- MG 15 linhagens desta espécie e

sequenciou as regiões cpcBA e rDNA 16S. Todas as sequências de cpcBA tiveram

similaridade entre 97 e 99% com sequências de Microcystis disponíveis no GenBank e

as sequências de rDNA16S tiveram mais de 98% de identidade com sequências do

gênero Microcystis. Contudo, estas sequências não foram depositadas no GenBank, e

no momento a única sequência de S. brasiliense disponível é da região cpcBA, que

apresenta 100% de similaridade com uma sequência de Microcystis aeruginosa.

Na classificação de espécies dentro do domínio Bacteria, considera-se que organismos

que apresentam associação DNA-DNA acima de 70% pertencem à mesma espécie

(Wayne et al, 1987). Foi observado que sequências do gene rDNA 16S que apresentam

valores de identidade inferiores a 97,5% dificilmente apresentam reassociação de DNA-

DNA maior que 70%, e portanto, definem organismos de diferentes espécies

(Stackebrandt & Goebel, 1994). Portanto, são considerados da mesma espécie

organismos que apresentem identidade de rDNA 16S acima de 98% e do mesmo

gênero aqueles que apresentam identidade acima de 95% (Ludwig et al, 1998).

Assim, a separação de S. brasiliense de outra espécies do gênero Microcystis não é

suportada pela sequência de rDNA 16S e nem pelo marcador utilizado neste trabalho,

cpcBA. Portanto, devido à dificuldade de separar S. brasiliense de espécies de

Microcystis por caracteres morfológicos e pelo fato desta separação não ter base

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91

molecular, neste trabalho, células identificadas morfologicamente como Sphaerocavum

brasiliense foram incluídas como parte de Microcystis spp.

Além de Sphaerocavum, os gêneros Cylindrospermopsis e Dolichospermum foram os

mais representados, de acordo com a análise morfológica, no período estudado.

Recentemente, Wacklin et al., 2009, revisaram o gênero Anabaena e as espécies de

Anabaena planctônicas foram classificadas em um novo gênero, nomeado

Dolichospermum. Essa separação foi baseada em características morfológicas, como a

presença de vesículas de gás, mas também na análise filogenética baseada na

sequência do rDNA 16S. Portanto, trabalhos anteriores a esta data descrevem apenas

o gênero como Anabaena, como nos estudos citados a seguir.

Ferrão Filho et al., 2009 observaram a presença de Microcystis spp,

Cylindrospermopsis raciborskii e Anabaena circinalis ao longo de todo o ano,

entretanto, houve uma tendência à dominância de Microcystis spp nos meses quente-

chuvosos e co-dominância de A. circinalis e C. raciborskii, no restante do ano. Contudo

os autores não discutem que fatores poderiam estar associados a essa alternância em

dominância.

Estudando a comunidade fitoplanctônica do Reservatório do Funil, Soares et al. (2009),

no período de 2002 e 2003, observaram a alternância de dominância entre M.

aeruginosa, C. raciborskii e A. circinalis. As duas últimas espécies dominaram a

biomassa fitoplanctônica do reservatório ao longo do ano, enquanto que M. aeruginosa

foi a espécie dominante em termos de biomassa quando a zona de mistura tornou-se

reduzida, durante os meses mais quentes do verão. Os autores associaram a

dominância de M. aeruginosa a estratificação da coluna d’água, aliada ao aumento da

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temperatura, além do aumento da incidência luminosa, causada não somente pelo

período de maior insolação, como também pela redução da turbidez.

Um padrão semelhante ao relatado por esses estudos anteriores foi observado no

presente trabalho, por análise de microscopia. Em outubro, observou-se elevada

biomassa de Microcystis spp, mas também a presença de Dolichospermum sp, que

passou a dominar no mês seguinte. Contudo, como já relatado, houve uma queda

acentuada da biomassa em novembro, atingindo valores próximos de 2 mg.L-1. (Figura

14) Em dezembro, ocorreu o restabelecimento da floração, dominada amplamente por

Microcystis spp. No mês de janeiro, observou-se a dominância de C. raciboskii e

também a contribuição de Microcystis spp e Dolichospermum sp. Nas amostras de

março e abril, observou-se baixa biomassa, com a presença dos três gêneros.

Não foi observada correlação significativa entre as varáveis ambientais consideradas e

a biomassa de C. raciborskii e Dolichospermum sp. Já a biomassa de Microcystis spp

correlacionou-se positivamente com a concentração do íon amônio. Contudo, esse

resultado pode ser consequência da forte correlação entre a biomassa de Microcystis

spp e a biomassa total de cianobactérias (Tabela 6).

Soares, et al, 2008, propõe que a alelopatia poderia ter um papel importante na

dinâmica de sucessão de espécies observada no Reservatório do Funil. Sampaio, 2011

estudando linhagens de M. aeruginosa e C. raciborskii isoladas deste reservatório

identificou uma possível interação alelopática entre essas duas espécies. Em

experimentos de cultivo, foi observado que uma cepa de M. aeruginosa apresentou

diminuição do rendimento, aumento do tamanho de células e aumento na formação de

colônias quando cultivada na presença de exsudato de uma cepa de C. raciborskii.

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93

Mello et al., 2012, utilizando as mesmas linhagens em cultivo identificaram a inibição do

crescimento de M. aeruginosa na presença de C. raciborskii. Contudo, uma vez que

esses resultados foram obtidos com linhagens isoladas, sua transposição para a

situação observada no Reservatório do Funil é ainda uma especulação.

De acordo com a análise molecular foram identificados os gêneros de cianobactérias:

Microcystis, Cylindrospermopsis, Dolichospermum e Pseudoanabaena.

A maior parte das sequências recuperadas, em todos os meses amostrados, foi do

gênero Microcystis (Figura 23). De fato, de acordo com a análise microscópica este

grupo esteve presente em grandes proporções ao longo de todo o período analisado

(Figura 14). Associado a isto, pode-se atribuir esta recuperação elevada de sequências

a uma alta eficiência de amplificação de sequências cpcBA deste gênero com os

primers utilizados.

Apesar da identificação de 4 gêneros pela análise molecular, alguns táxons observados

por microscopia não foram representados pela amostragem molecular. Esse memso

fato já foi relatado por outros estudos. Bozarth et al., 2010, estudando a diversidade de

genótipos de cianobactérias de dois reservatórios americanos, utilizando como

marcadores cpcBA e rDNA16S-23S, só detectaram sequências de Microcystis, apesar

da presença de células de Anabaena e Aphanizomenon ter sido detectada nestes

reservatórios por microscopia. Kim et al, 2006, estudando um reservatório na Coréia,

utilizando como marcador cpcBA também reportaram espécies presentes na análise

morfológica do fitoplâncton que não foram detectadas pela análise molecular.

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94

No nosso estudo, dos 204 clones do gene cpcBA sequenciados, somente duas

sequências, recuperadas de amostras do mês de março, foram identificadas como do

gênero Anabaena (Figuras 23 e 30). De acordo com a análise microscópica foram

detectadas células do gênero Dolichospermum em praticamente todas as amostras.

Como já citado, houve em 2009 a revisão destes gêneros. Portanto, sequências no

banco depositadas anteriormente como Anabaena podem corresponder hoje a este

novo gênero, Dolichospermum. A baixa representação de sequências do gênero

Dolichospermum pode ser devida a limitações das técnicas utilizadas. Uma

possibilidade levantada foi a de que os primers “universais” para a região cpcBA

usados, poderiam ser pouco eficientes para amplificar sequências de Dolichospermum.

Porém, outros trabalhos já recuperaram sequências de Anabaena/Dolichospermum

utilizando estes primers (Neilan et al., 1995, Miller & McMohan, 2011). Ainda assim,

analisou-se sequências de Dolichospermum e Anabaena disponíveis no GenBank por

meio de alinhamento e não foram notadas diferenças marcantes nas sequências alvo

dos primers utilizados neste trabalho que justificassem a não amplificação (dados não

mostrados). Estes primers foram ainda testados com DNA cromossômico de linhagens

isoladas de Anabaena sp. e os produtos da amplificação resultaram em bandas fracas

na análise em gel de agarose, ao contrário do que ocorreu quando se usou DNA

cromossômico de linhagens isoladas de Microcystis, nas mesmas condições, indicando

possivelmente baixa eficiência de amplificação (dados não mostrados). Além disso, a

baixa recuperação de sequências deste gênero pode ser devida a baixa eficiência na

extração de DNA de células deste gênero na mistura de complexa de células de uma

amostra ambiental.

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95

Wintzingerode et al., 1997, discutiram as dificuldades inerentes às técnicas de

determinação da diversidade microbiana através de métodos baseados em PCR. Em

estudos com amostras ambientais há uma mistura de moléculas de DNA que serão

utilizadas como molde para o PCR. A amplificação do DNA só refletirá a abundância

relativa de cada espécie se a eficiência de amplificação da região for igual para todos

os moldes, o que é bastante improvável de ocorrer. Portanto, a escolha dos primers

utilizados pode influenciar na recuperação de sequências. Apesar disso, limitações são

observadas em qualquer método de estudo. Portanto, a diversidade de sequências de

cpcBA obtidas neste estudo representa somente os organismos que podem ser

amplificados com os primers utilizados. Embora os primers utilizados tenham sido

descritos em 1995 (Neilan et al., 1995) , ainda hoje são usados na maioria dos estudos

que utilizam essa região (cpcBA) como alvo. Esses primers são descritos como

capazes de amplificar a maioria de gêneros de cianobactérias, mas não todos (Miller &

McMohan, 2011).

Para a construção das árvores filogenéticas foi utilizada somente a região gênica cpcB

das sequências obtidas. Essa escolha foi feita devido à elevada variabilidade observada

na região intergênica, principalmente entre sequências de gêneros diferentes.

Abordagens semelhantes foram utilizadas em outros trabalhos (Kim et al., 2011, Miller &

McMohan, 2011). Através da análise das árvores filogenéticas foi possível identificar,

nas amostras de cada mês, além dos gêneros presentes, a sua relação filogenética

com cianobactérias cujas sequências estão depositadas no GenBank. Assim, como

descrito para o rDNA 16S, o gene cpcB se mostrou um bom marcador para diferenciar

gêneros de cianobactérias, mas ele não pode ser utilizado como marcador molecular na

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96

separação de espécies de Microcystis (Figuras 25-31). O gênero Microcystis apresenta

sua taxonomia ainda problemática devido ao elevado número de morfotipos, que são

diferenciados principalmente pela forma e arranjo das células em colônia (Otsuka et

al.2001). Segundo Komárek, et al, 2010, o gênero Microcystis pode ser claramente

distinguido de outros gêneros através da análise da sequência do rDNA 16S, mas não é

possível a distinção em espécies utilizando marcadores moleculares. Ou seja, a

filogenia das espécies do gênero Microcystis utilizando o rDNA 16S demonstra que a

classificação morfológica não é suportada por este marcador molecular. Aliado a isso,

provavelmente existem sequências depositadas no GenBank erroneamente

identificadas, já que a identificação de linhagens isoladas de Microcystis é mais difícil,

principalmente devido à perda de organização em colônias quando isoladas no cultivo.

Recentemente, Ngwa et al., 2012 estudaram 31 linhagens de Microcystis de 10

morfoespécies e observaram elevada similaridade na sequência do rDNA 16S (99,2–

100%). Portanto, como observado nas árvores de cada mês, os baixos valores de

bootstrap não suportam a separação das sequências em diferentes espécies (Figuras

25-31).

Quantificação de microcistina

Foi detectada a presença de microcistina em todas as amostras analisadas, porém as

concentrações não foram elevadas, estando sempre abaixo de 1 µg.L-1 , concentração

recomendada pela WHO para água de consumo humano (Figura 16). Ferrão Filho et

al., 2009 reportaram para o reservatório do Funil, em amostras de séston analisadas

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por ELISA, concentrações de 1,2 e 4,5 µg.L-1 de microcistina-LR (MC-LR), em

novembro e dezembro de 2002, respectivamente. Deblois et al, 2008, a partir de

amostras concentradas em rede de 22 µm detectaram, através de ensaios de inibição

de fosfatase, até 2,2 µg.L-1 de MC-LR em janeiro de 2003, neste mesmo reservatório. O

presente trabalho descreve pela primeira vez a identificação das variantes MC-RR e

MC-YR neste reservatório. Com exceção de dezembro, a variante predominante foi a

MC-LR, enquanto que em dezembro foi MC-RR. Amé et al., 2010 detectaram no Lago

Los Padres, na Argentina, as variantes MC-LR, RR, YR e LA. Neste ambiente a

principal variante detectada foi a MC-RR, correspondendo a até 90% da microcistina

total. Prakash et al, 2009, em estudos em lagoas na Índia também reportaram a

dominância de MC-RR, em relação as formas MC-LR, MC-AR e MC-WR,

correspondendo a até 70% da microcistina total. Esses autores reforçam que ambientes

com temperaturas mais elevadas tendem a apresentar a predominância de MC-RR, ao

passo que em ambientes temperados há a predominância de MC-LR. Experimentos em

laboratório com uma cepa de Anabaena produtora de MC-LR e RR indicaram maior

produção de MC-LR em temperaturas mais baixas e maior produção de MC-RR em

temperaturas elevadas (Rapala et al., 1997). Contudo, no reservatório do Funil, não foi

encontrada correlação positiva entre a temperatura do reservatório e a proporção de

MC-RR. Apesar disso, as maiores proporções de MC-RR foram observadas nos meses

de dezembro e janeiro (52 e 55% respectivamente), que apresentaram elevadas

temperaturas médias (Figuras 11 e 16).

Genótipos potencialmente produtores de microcistina

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98

Neste estudo, dentre os genótipos potencialmente produtores de microcistina tentou-se

investigar se somente o gênero Microcystis seria responsável pela produção dessa

cianotoxina no reservatório ou se linhagens do gênero Dolichospermum também

participariam dessa síntese. Para isso, realizou-se um ensaio de PCR quantitativo

(qPCR) tendo como alvo o gene mcyA com primers capazes de amplificá-lo a partir de

qualquer cianobactéria que contenha este gene. Porém, este par de primers apresentou

baixa eficiência de amplificação no ensaio de qPCR (próxima a 78%), inviabilizando o

aproveitamento dos resultados (tabela 7).

A descrição desses primers foi feita por Hisbergues et al., 2003, em ensaios de

amplificação da região mcyA de cepas de Microcystis, Planktothrix e Anabaena

produtoras de microcistina. Esses mesmos primers foram utilizados, em ensaios de

qPCR, por Martins & Vasconcelos, 2011 e os autores obtiveram eficiência de

amplificação de 87,6%, muito acima do observado no nosso ensaio. Além disso, no

nosso estudo, testes realizados com esses primers com cepas de Anabaena sp.

demonstraram amplificação inespecífica (dados não mostrados).

Desta forma, para detectar genótipos produtores de microcistina, passamos a contar

apenas com o ensaio de qPCR tendo como alvo mcyB, com primers específicos para

Microcystis. Com o intuito de verificar se o gênero Dolichospermum seria

potencialmente produtor de microcistina neste reservatório, foi realizado PCR tendo

como alvo o gene mcyE, com primers capazes de diferenciar os gêneros (Vaitomaa et

al., 2003) (Figura 9). Não foi detectada a presença de gene mcyE de Dolichospermum

em nenhuma amostra, indicando que no período amostrado a capacidade de produzir

microcistina pode ser atribuída apenas a Microcystis (Figura 20).

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99

A proporção de genótipos de Microcystis potencialmente produtores de microcistina no

reservatório do Funil variou consideravelmente ao longo do período amostrado, indo de

9% a 100% das células (Figura 18). Essa grande variação na proporção de genótipos

tóxicos é descrita em diversos trabalhos, como exemplificado por dados obtidos de 13

trabalhos, resumidos na tabela 2. Nestes, foram utilizados diferentes genes como alvo,

como mcyA, mcyB, mcyD e mcyE. Como exemplo, Kurmayer & Kutzenberger, 2003 em

uma série temporal de Junho de 99 a Outubro de 2000, no lago Wannsse na Alemanha,

observaram variação de 0,9 a 38,3% de genótipos tóxicos de Microcystis; Yoshida et

al., 2007, detectaram de 0,5 a 35% de genótipos potencialmente produtores de

microcistina. Te & Gin, 2011 detectaram proporções de genótipos produtores de

microcistina de 21,9 a 100% em coletas mensais durante 8 meses em 3 pontos

amostrais em um reservatório em Cingapura.

A proporção de genótipos tóxicos não foi correlacionada significativamente com a

concentração de microcistina em diversos trabalhos. Por exemplo, Srivastava et al,

2012 encontraram baixas proporções de genótipos potencialmente produtores de

microcistina (de 0,01% a 14,3%), em coletas quinzenais de março de 2010 a abril de

2011 utilizando como alvo o mcyA e apesar disso, as concentrações de toxina foram

bastante elevadas, chegando até a 584 µg.L-1. Martins & Vasconcelos, 2011 também

não encontraram relação entre a proporção de genótipos tóxicos e a produção de

microcistina. Quando foi observada a maior concentração de microcistina (7,2 µg.L-1), a

proporção de genótipos tóxicos foi de cerca de 20%. No nosso caso, esta relação

também não pode ser estabelecida, o que ficou claro a partir da análise de amostras do

mês de outubro e dezembro. Enquanto em outubro a concentração de microcistina foi

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alta e a proporção de genótipos tóxicos de apenas cerca de 10%, em dezembro, a

concentração de toxina foi bem mais baixa com 80% de genótipos tóxicos.

Provavelmente a proporção de genótipos tóxicos isoladamente não é o melhor

parâmetro para explicar a quantidade de microcistina no ambiente, como discutido a

seguir.

De acordo com nossos dados, a abundância de genótipos potencialmente produtores

de microcistina foi calculada, em algumas amostras, como maior do que o número de

equivalentes de células de Microcystis, portanto sua proporção excedeu 100% (Figura

18). Da mesma forma, diversos trabalhos já reportaram a mesma situação (Rinta-Kanto

et al., 2005; Há et al., 2009; Baxa et al., 2010, Martins & Vasconcelos, 2011).

Esses resultados se devem a artefatos de técnica e podem ser explicados pela escolha

do gene rDNA 16S como normalizador. Nesse caso, desvios podem ser gerados porque

esse não é um gene de cópia única, ao contrário do gene alvo para produção de

microcistina, e também porque sua sequência pode variar em amostras de populações

naturais de cianobactérias e a amostragem é limitada pela capacidade dos primers

reconhecerem seus alvos. Finalmente, já foi apontado que as células podem apresentar

diversos graus de ploidia durante o crescimento, o que torna o número de cópias do

gene variável. (Vaitomaa, et al., 2003)

Apesar do grande número de estudos sobre a dinâmica de genótipos potencialmente

produtores de microcistina, ainda não é claro o que causaria a alternância de padrões

de dominância entre genótipos tóxicos e não tóxicos. Briand et al., 2008 sugeriram a

seleção de genótipos não tóxicos em condições favoráveis ao crescimento de

Microcystis, e portanto baixas proporções de genótipos tóxicos seriam observadas em

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101

condições de elevada abundância de células de Microcystis. De acordo com esses

dados, Martins & Vasconcelos, 2011 encontraram maiores proporções de genótipos

produtores de microcistina no estabelecimento da floração e também uma correlação

negativa entre a proporção de genótipos tóxicos e a densidade celular de Microcystis,

sugerindo a seleção de genótipos não tóxicos em condições favoráveis ao crescimento.

No presente estudo, na amostra de outubro, quando foi detectada elevada biomassa de

Microcystis, de fato observou-se baixa proporção de genótipos potencialmente

produtores de microcistina (13%) (Figuras 15 e 18). Na amostra de novembro, quando

houve acentuada diminuição da biomassa de Microcystis, houve elevada proporção de

genótipos potencialmente produtores de microcistina, o que poderia estar associado ao

estabelecimento da floração, como sugerido por Martins & Vasconcelos, 2011.

Contudo, na amostra de dezembro, observou-se a quase completa dominância de

Microcystis, e também foi detectada elevada proporção de genótipos tóxicos. Em

janeiro, quando ocorreu dominância de C. raciborskii, também foi detectada elevada

proporção de genótipos tóxicos (Figuras 15 e 18).

Sabart et al., 2010 relataram que células tóxicas tendem a dominar quando Microcystis

não é o gênero dominante e portanto, a capacidade de produzir microcistina poderia

estar associada à competição entre espécies. Porém, na amostra de fevereiro,

dominada por Dolichospermum sp, a proporção de genótipos tóxicos observada foi

baixa (Figuras 15 e 18).

Nas amostras de março e abril, quando já se observou menores biomassas de

cianobactérias, houve dominância de genótipos tóxicos (Figuras 15 e 18), novamente

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102

em consonância com o expresso por Briand, et al, 2008, ou seja, em momentos não

favoráveis ao crescimento há a predominância de genótipos tóxicos.

Contudo, apesar de alguns casos de concordância, não foi possível no presente

trabalho estabelecer de relações claras entre a proporção de genótipos produtores de

microcistina e a dinâmica da floração de cianobactérias. Esta relação também não está

estabelecida na literatura. (Te & Gin 2011, Ngwa et al., 2012). Deve-se considerar que

analisar a dinâmica da floração de cianobactérias por amostragens mensais limita a

interpretação dos fenômenos observados, visto que provavelmente o intervalo entre as

amostragens é grande em relação ao período de alternância entre linhagens em

decorrência de competição.

Não foi observada correlação positiva significativa entre a concentração de microcistina

e número de cópias de mcyB, como esperado e como observado em outros estudos

(Martins & Vasconcelos, 2011, Te & Gin 2011). Já de acordo com outros trabalhos que

obtiveram resultados similares aos nossos, esta falta de correlação entre a

concentração de microcistina e quantificação de mcyB pode ser devida à presença do

operon de microcistina incompleto, o que leva a superestimar o número de células com

capacidade de produzir toxina (Sabart et al., 2011, Baxa et al, 2010). Além disso, no

nosso estudo, foi determinada a concentração de microcistina total, que representa a

soma de intracelular e dissolvida na água, o que pode ter dificultado a correlação entre

esses parâmetros. Também não pode ser descartada a possibilidade de outras

espécies no Reservatório do Funil possuírem a capacidade de produzir microcistina,

como Pseudanabaena e Synechoccystis, já descritas como potencialmente produtoras

(Neilan et al., 2012). Contudo, esta última possibilidade é muito pouco provável, já que,

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103

segundo nossos dados, Dolichospermum não apresentou linhagens produtoras de

microcistina e porque observou-se correlação positiva entre o marcador do gênero

Microcystis (micr) e microcistina.

Cota celular de microcistina

A estimativa de valores de cota celular de microcistina em amostras de campo é muito

difícil porque nem todas as células de uma espécie potencialmente produtora são

capazes de produzir toxina ou a estão produzindo num dado momento, já que esta

propriedade é influenciada por uma série de fatores ambientais, possivelmente em

sinergismo, de forma ainda não estabelecida (Neilan et al,2012).

Mesmo entre os trabalhos que avaliam a produção de toxinas em linhagens isoladas

ainda não houve um consenso acerca dos fatores reguladores da síntese de

microcistina. Com base em experimentos com linhagens em cultura, sob limitação de

nitrogênio, foi observada uma relação direta entre produção de microcistina e taxa de

crescimento, sugerindo que a produção de microcistina é regulada indiretamente por

fatores ambientais, e diretamente pela taxa de crescimento (Orr & Jones, 1998, Ohh et

al., 2000). Long et al., 2001 desenvolveu um modelo onde a produção de microcistina é

constitutiva e linhagens produtoras de microcistina sempre produzirão uma

concentração mínima de microcistina, e o máximo de produção ocorrerá quando

existirem condições ótimas de nutriente, temperatura e luminosidade. Esse modelo foi

aplicado e consegui predizer a concentração de microcistina a partir da densidade de

células e também foi aplicado a amostras ambientais. (Kurmayer & Kutzenberger, 2003)

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De uma forma geral, observou-se em vários experimentos em laboratório uma variação

de 2 a 3 vezes na cota celular de microcistina em resposta a alterações ambientais

como temperatura, intensidade luminosa, nutrientes etc (Kardinaal & Visser, 2005,

PEPCY, 2006). Portanto, em populações naturais, essa variação na produção de

microcistina é atribuída tanto à proporção de genótipos tóxicos quanto a variações na

taxa de síntese da toxina por influência de fatores abióticos (PEPCY, 2006).

Para fins de monitoramento, há um grande interesse na possibilidade de prever se uma

floração de cianobactérias será tóxica ou não e também a dinâmica de produção de

toxina ao longo da duração da floração. Recentemente, a disponibilidade de métodos

moleculares de detecção representou uma abordagem promissora para este tipo de

diagnóstico. Contudo, como mencionado acima, poucos trabalhos conseguiram

relacionar a concentração de microcistina com a presença e/ou proporção de genótipos

tóxicos no ambiente (Martins & Vasconcelos, 2011). No nosso caso, avaliando os sete

meses amostrados, não foi possível estabelecer uma relação direta entre a

concentração de microcistina e a proporção de genótipos tóxicos (calculada por

mcyB/micr), nem entre a concentração de microcistina e o número de células

potencialmente tóxicas (calculados por equivalentes de células mcyB+), ou mesmo

entre a concentração de microcistina e os valores de cota celular de microcistina

(calculados por concentração de microcistina/mcyB). Por isso, fizemos uma tentativa

de analisar todas as variáveis relevantes em conjunto: biomassa de Microcystis,

proporção de genótipos tóxicos, cota celular e concentração de microcistina, no intuito

de entender melhor a dinâmica de produção de microcistina neste reservatório (Figura

32).

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105

Na amostra de outubro, na qual foi observada a maior concentração de microcistina,

pode ter resultado dos seguintes fatores: apesar da proporção de genótipos tóxicos ter

sido baixa, a biomassa total de Microcystis foi alta, o que somado a valores de cota

celular de toxina elevados teria resultado na alta concentração de microcistina

observada (Figura 32).

Já na amostra de novembro, foi detectada uma concentração relativamente alta de

microcistina. De fato, 100% das células de Microcystis eram potencialmente tóxicas,

mas a biomassa de Microcystis foi muito baixa. Mesmo assim, se a cota celular fosse

elevada, explicaria esta situação. Porém, estes valores foram baixos. Além disso, os

valores de equivalentes de células totais e de Microcystis não coincidiram com os dados

de contagem microscópica, nos quais foi encontrada reduzida biomassa, e muito menos

os valores de mcyB+, que foram os mais altos de todo o período analisado (Figuras 15

e 17). Portanto, estes resultados discrepantes podem ter sido decorrentes de algum

problema metodológico, ou na quantificação microscópica ou no ensaio de qPCR deste

mês.

Na amostra de dezembro, a concentração de microcistina decaiu em relação aos meses

anteriores. Nesse caso foi observada uma elevada dominância de Microcystis spp e

elevada proporção de genótipos potencialmente produtores de toxina (80%), mas a cota

celular foi baixa. Portanto, apesar de a maioria das células presentes possuir a

capacidade de produzir toxina, a produção foi baixa, resultando em baixos valores de

microcistina.

Em janeiro, foi quando se observou a menor concentração de microcistina de todo o

período. Neste mês houve dominância de Cylindrospermopsis raciborskii e reduzida

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biomassa de Microcystis spp. A cota celular de microcistina foi baixa, apesar de cerca

de 80% das Microcystis serem potencialmente tóxicas. Com isso, a baixa concentração

de toxina observada seria resultado da baixa produção de toxina por célula. Em

fevereiro, houve dominância de Dolichospermum e baixa biomassa de Microcystis. A

concentração e toxina foi de cerca de 76 µg.L-1. Apesar da baixa proporção de

genótipos tóxicos, este fato pode ter sido compensado pela elevada produção de toxina

por célula.

Finalmente, março e abril apresentaram dinâmicas semelhantes. Nessas amostras a

biomassa de Microcystis spp foi baixa, mas todas as células eram potencialmente

tóxicas, e estavam produzindo toxina, resultando em uma elevada cota celular.

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107

Figura 32- Desenho esquemático da associação entre biomassa de Microcystis (↑ indicam biomassa acima de 3 mm

3.L

-1) proporção de genótipos tóxicos (↑ indicam proporção de células tóxicas acima de

80 %), cota celular (↑ indicam cota celular acima de 0,5 ng de microcitina/10 cels) e concentração de

microcistina.

Amostragem Biomassa de

Microcystis

Proporção de

genótipos tóxicos

Cota celular por

Microcystis mcyb+

Concentração de

microcistina (ng/L)

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108

Dinâmica de genótipos de cianobactérias

No Brasil, este é o primeiro trabalho que analisa a dinâmica temporal de genótipos de

cianobactérias em um reservatório. Outros trabalhos já foram realizados investigando a

diversidade de cianobactérias, por diferentes técnicas moleculares, mas não a

sucessão temporal de genótipos no ambiente. Lorenzi, 2004, utilizando DGGE para

rDNA 16S, e biblioteca de clones de rDNA 16S e cpcBA observou baixa diversidade

genética de cianobactérias. Através da análise de DGGE rDNA16S de 11 amostras

coletadas das Represas Guarapiranga e Billings – SP, em diferentes localidades e dias,

observou-se um número baixo de bandas, menor do que o número de espécies

descritas para as localidades. Através do sequenciamento de bandas excisadas do gel,

foram identificadas 15 sequências, que apresentaram identidades próximas aos dos

gêneros Microcystis, Cylindrospermopsis, Geitherinema e Synechococcus. A

construção da biblioteca de clones foi feita a partir do DNA extraído de um ponto

amostral da Represa Billings e o sequenciamento de dois clones gerados na construção

da biblioteca de clones rDNA 16S indicou a clonagem de produtos de Actinobacteria e

portanto, os dados desconsiderados. A análise da biblioteca de 84 clones de cpcBA

através de RFLP identificou sete padrões distintos de bandas. O sequenciamento de

sete clones identificou cinco genótipos de Microcystis e dois de Anabaena. Silva, 2006,

estudando 59 isolados de cianobactérias de ambientes brasileiros só obteve sucesso

na amplificação da região cpcBA de 25 linhagens, justificando esse resultado na

incapacidade dos primers descritos por Neilan et al., 1995 de amplificar a região cpcBA

de algumas linhagens brasileiras. Mártires, 2012, utilizando DGGE para rDNA16S

identificou 63 diferentes bandas, correspondendo a 17 filotipos de Planktothrix, 11

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109

filotipos de Microcystis, além filotipos de Calotrix, Nostoc, Cylindrospermum,

Cylindrospermopsis e Sphaerospermopsis, a partir de amostras únicas coletadas no

período chuvoso em quatro reservatórios do Rio Grande do Norte. Neste trabalho,

identificou-se uma diversidade de filotipos maior do que os morfotipos de cianobactérias

identificados, porém 12 dos 18 morfotipos não foram reconhecidos através do DGGE

rDNA16S. Todos esses trabalhos tinham como objetivo a identificação molecular de

cianobactérias e não o estudo da dinâmica de genótipos de cianobactérias presentes

no ambiente.

Os diversos trabalhos que avaliam a diversidade molecular de cianobactérias em

ambientes naturais aplicam diferentes conceitos de genótipo. Por exemplo,

Lymperopoulou et al, 2011, e Miller & McMohan, 2011, utilizando rDNA 16S,

consideraram o mesmo genótipo sequências com mais de 98% de identidade. Já

Briand et al, 2009 e Bozarth et al., 2010, utilizando como marcador a região 16S-23S

ITS, consideraram o mesmo genótipo somente sequências com 100% de identidade,

enquanto Kim et al., 2006, utilizando cpcBA, adotaram 98% de identidade para agrupar

sequências. No presente trabalho, foram consideradas como pertencentes ao mesmo

genótipo sequências com identidade acima de 99,7%. Este valor foi escolhido ao invés

de 100%, de forma a admitir que algumas diferenças podem se dever a erros nos

processos de amplificação e sequenciamento. Considerando a região de sequência

utilizada nos alinhamentos e análise de cluster, 99,7% corresponde a até 2 pares de

base distintos. Portanto, foram agrupados no mesmo genótipo sequências com até 2

pares de base diferentes.

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110

A escolha dos marcadores utilizados e do grau de identidade adotado nos diferentes

trabalhos está intimamente relacionada aos objetivos de cada estudo. Trabalhos que

buscam fazer a identificação molecular de cianobactérias presentes em um dado

ambiente, usualmente agrupam sequências com identidade de até 98%. Já trabalhos

que buscam, como este, avaliar a dinâmica temporal ou espacial de genótipos de

cianobactérias durante florações utilizam critérios mais restritos, justamente com o

intuito de revelar a diversidade intraespecífica.

Foi observada baixa cobertura de amostragem nas amostras dos diferentes meses. A

baixa cobertura de amostragem é bastante comum em bibliotecas de clones de

procariotos, devido à elevada diversidade de genótipos procarióticos (Kemp & Aller,

2004). Lymperopoulou et al., 2011, estimaram uma cobertura da diversidade de

cianobactérias presentes através da análise de rDNA16S próxima a 90%. Miller &

McMohan, 2011, estudando 4 lagos americanos, recuperaram 271 sequências de

cpcBA e estimaram uma cobertura de amostragem elevada, de 74 a 100%.

A diversidade de genótipos encontrada também foi avaliada utilizando o índice de

Shannon-Winner. As amostras onde foi observada a maior diversidade foram as de

novembro, dezembro e abril (2,41, 2,4 e 2,03 respectivamente), devido ao elevado

número de sequências únicas e os menores valores foram observados em amostras de

outubro e janeiro (1,57 e 1,62). Os valores encontrados neste estudo são próximos ao

descrito por Lymperopoulou et al., 2011, que reportou índices de 1,2 a 2,5 e mais

elevados dos que o reportado por Bozarth et al., 2011, que encontrou índices variando

entre 0,48 a 1,93. Portanto, a baixa cobertura de amostragem se deve a elevada

diversidade de genótipos presentes no reservatório do Funil.

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111

No presente trabalho, foram identificados no total 58 genótipos de cianobactérias.

Comparado a outros trabalhos que avaliam a diversidade de cianobactérias a partir de

amostras ambientais, pode-se considerar o número de genótipos encontrados em único

ponto, em sete coletas mensais, elevado.

Vareli et al., 2009, identificaram, através de DGGE da sequência intergênica (ITS)

rDNA16S-23S, a partir de coletas mensais durante um ano em um reservatório na

Grécia, 72 bandas distintas. Kardinaal et al., 2007 no estudo de três lagos

hipereutróficos, com coletas quinzenais, utilizando DGGE ITS rDNA 16S-23S,

identificaram no total 106 bandas distintas. Destas, 40 foram extraídas e sequenciadas

e 20 obtiveram elevada similaridade com sequências do gênero Microcystis,

correspondendo a 12 genótipos distintos. Lymperopoulou et al., 2011, também

estudando um reservatório na Grécia, identificaram através de duas coletas em quatro

pontos amostrais, utilizando rDNA 16S, 63 filotipos. Yoshida et al., 2009, em três

amostras coletadas em diferentes momentos de um lago no Japão reportaram a

presença de 12 genótipos de Microcystis, a partir da construção da biblioteca de clones

de rDNA16S específico para Microcystis. Miller &McMahon et al., 2011 estudando

quatro lagos nos Estados Unidos descreveram a presença de 24 distintos genótipos de

cianobactérias. Bozarth et al., 2010 a partir de 6 amostras coletadas em diferentes

datas de um reservatório na Carolina do Norte, EU, identificaram 61 genótipos de

Microcystis. Contudo, alguns trabalhos, que utilizam como marcador o ITS (16S-23S)

reportam diversidade de genótipos superior a encontrada no presente trabalho. Xu et

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al.,2011 reportou a presença de 236 genótipos de Microcystis identificados a partir de

30 amostras coletadas em um rio na China. Briand et al., 2009, a partir de amostras

coletadas quinzenalmente em seis pontos durante quatro meses, identificaram a

presença de 306 genótipos de Microcystis.

A maior parte das sequências recuperadas, em todos os meses amostrados, foram do

gênero Microcystis, cerca de 82% (Figura 23) De acordo com a análise microscópica

este gênero está presente em grandes proporções ao longo de todo o período

analisado (Figura 15). Associado a isto, pode-se atribuir esta recuperação elevada de

sequências, uma alta eficiência de amplificação de sequencias cpcBA deste gênero,

utilizando estes primers.

Através do diagrama gerado pela análise de médium joining foi possível observar a

relação entre as sequências de Microcystis identificadas neste estudo (Figura 24).

Formaram-se 3 grandes grupos de genótipos distintos (M1, M2 e M3), e vários

genótipos únicos intimamente relacionados a estes três. Outros trabalhos que utilizaram

esta análise também reportam a presença de diversos genótipos únicos relacionados

aos genótipos dominantes (Briand et al., 2009, Bozarth et al., 2011). Briand et al., 2009

atribuíram esse fato a possíveis artefatos da PCR, mas também como reflexo da

elevada microdiversidade dentro de populações de Microcystis. Komárek (2010)

destaca a elevada diversidade de espécies do gênero Microcystis, tanto em relação à

morfologia, quanto à fisiologia e genética. A elevada microdiversidade já foi descrita em

cianobactérias do gênero Prochlorococcus, associando essa característica à presença

de diferentes ecotipos, capacitando esse gênero a sobreviver em diferentes condições

ambientais (Moore et al., 1998).

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A sucessão temporal de genótipos de Microcystis já foi acompanhada em diversos

trabalhos. (Briand et al., 2009, Bozarth et al., 2010, Xu et al., 2011, Pobel et al.,2012).

Como observado no presente estudo, coexistem e alternam-se ao longo de uma

floração diferentes genótipos de Microcystis. Briand et al., 2009 observaram a

predominância de quatro genótipos e a mudança na proporção entre esses genótipos

ao longo do tempo. Antes do estabelecimento da floração, havia a dominância de dois

genótipos, ao passo que no pico da floração a dominância foi de outro genótipo. Pobel

et al., 2012 em amostragens semanais, observaram elevada variação temporal nos

genótipos presentes. Contudo, não foi observada a seleção de genótipos ao longo da

floração, apesar de detectarem uma estabilidade da população no platô da floração de

Microcystis. A coexistência de diferentes genótipos ao longo das florações sugere que

exista um processo de seleção balanceadora, que permite a manutenção da elevada

diversidade em populações de Microcystis.

Os genótipos M1, M2 e M3 foram os genótipos presentes em maior número de

amostras (Figura 22). O genótipo M1 esteve presente em todas as amostragens, com

grande contribuição na amostra de outubro. A presença e abundância deste genótipo

foram correlacionadas positivamente com a concentração de microcistina, indicando

que potencialmente este pode ser um genótipo tóxico de Microcystis (0,77 p<0,05). Não

foi possível associar a presença e abundância de um genótipo à dominância de

Microcystis, Cylindrospermopsis ou Dolichospermum. Os genótipos M2 e M3 estiveram

presentes na maioria das amostras analisadas enquanto os outros genótipos estiveram

presentes somente em algumas amostras.

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O genótipo predominante de Cylindrospermopsis , esteve presente em janeiro, março e

abril. Em janeiro, quando se observou dominância de C. raciborskii, alcançando elevada

biomassa (Figura 15), só foi identificada a presença de um único genótipo, ao passo

que em abril, quando a biomassa fitoplanctônica foi baixa, identificou-se 6 diferentes

genótipos de Cylindrospermopsis (Figura 15). Com isso, pode-se levantar a hipótese de

que o estabelecimento da floração de C. raciborskii estaria associado ao sucesso de

um genótipo característico. De nosso conhecimento, não existem trabalhos que

descrevam a variação de genótipos de Cylindrospermopsis ao longo de uma floração e

a maioria de trabalhos nesta área são relacionados a florações de Microcystis.

Finalmente, a elevada diversidade de genótipos e a falta de correlação destes com

variáveis ambientais pode estar relacionada a diversos fatores. Um deles é o grande

intervalo entre as amostragens, o que dificulta a compreensão de fenômenos que no

ambiente ocorrem de forma muito dinâmica. Pobel et al., 2012 realizaram coletas

semanais e observaram grande diferenças entre a diversidade de genótipos de

Microcystis das amostras, revelando que a substituição de genótipos é um processo

bastante dinâmico. Além disso, não foi avaliada a interação com outras comunidades

planctônicas, como zooplâncton, bactérias heterotróficas e cianofagos, que podem

influenciar na densidade e composição de genótipos de populações de cianobactérias.

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7- Perspectivas

O presente trabalho, mais do que avaliar dinâmica de cianobactérias no Reservatório

do Funil, levanta a importância na análise de florações de cianobactérias através de

diferentes abordagens. As florações de cianobactérias são fenômenos complexos e

existe a necessidade de se dedicar maiores esforços em estudos da dinâmica de curto

prazo e também acerca da interação entre diferentes espécies/linhagens. Neste

contexto, o estudo da dinâmica de coexistência e substituição de espécies e/ou

linhagens de cianobactérias deve ser explorado levando-se em consideração o efeito

de variáveis bióticas, como a influência da comunidade bacteriana e viral, além das

interações interespecíficas de cianobactérias.

8- Conclusões

- Foi observada dominância de cianobactérias ao longo de todo o período estudado. A

elevada biomassa de cianobactérias esteve positivamente correlacionada com o pH e a

concentração do íon amônio e negativamente correlacionada com a concentração de

nitrogênio inorgânico dissolvido.

- A identificação de morfotipos revelou 12 táxons de cianobactérias, sendo que os

gêneros mais abundantes ao longo de todo o período foram Microcystis,

Cylindrospermopsis, Dolichospermum, que se alternaram em dominância em diferentes

momentos. Em concordância, através da análise molecular, foram identificados 4

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gêneros/espécies de cianobactérias: Microcystis, Cylindropermopsis raciborskii e

Dolichospermum e Pseudoanabaena.

- Foi detectada microcistina em todas as amostras, incluindo 3 variantes: LR, RR e YR.

- Não foram detectadas células de Dolichospermum potencialmente produtoras de

microcistina, indicando que Microcystis foi o gênero responsável pela produção de

microcistina no Reservatório do Funil neste período.

- Observou-se elevada variação temporal da proporção de genótipos de Microcystis

potencialmente produtores de microcistina, com variação de 9 a 100%.

- Não foi encontrada correlação positiva entre a concentração de microcistinas e

proporção de genótipos potencialmente tóxicos nem abundância de células mcyB+.

- O uso da abordagem molecular foi interessante pois revelou a diversidade genética

dos grupos dominantes de cianobactérias formadoras de floração no Reservatório do

Funil.

- A maior diversidade de genótipos foi observada no gênero Microcystis, o que permitiu

acompanhar sua dinâmica temporal, revelando genótipos prevalentes e numerosos

assim como genótipos únicos e mais raros.

- O marcador molecular cpcBA mostrou-se útil para distinguir gêneros e para revelar a

diversidade intraespecífica, porém não separou espécies no gênero Microcystis.

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Anexo 1 - Táxons identificados nas amostras coletadas no

reservatório do Funil

Aphanocapsa delicatissima

Aphanocapsa incerta

Chrococcus minimus

Cyanodictyon imperfectum

Cyanogranis ferruginea

Cylindrospermopsis raciborskii

Dolichospermum sp.

Microcystis aeruginosa

Planktolyngbya limnetica

Pseudanabaena minima

Sphaerocavum brasiliense

Synechococcus nidulans

Cryptomonas brasiliense

Trachelomonas volvocina

Aulacoseira cf. granulata

Cyclotella meneghiniana

Chlorella minutissima

Chlorycistissp

Chlorophyceae NI 1

Monoraphidium circinale

Monoraphidium contortum

Scenedesmus sp

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Anexo 2- Sequências utilizadas nas árvores filogenéticas construídas

neste trabalho

Espécie Número de acesso GenBank

Anabaena circinalis AF426012.1

Anabaena spiroides AY702234.1

Anabaena variabilis AY768465.1

Aphanizomenon ovalisporum JN903640.1

Aphanizomenon sp FJ234877.1

Aphanocapsa montana DQ010411.1

Cyanothece sp CP001344.1

Cylindrospermopsis raciborskii AM502049.1

Dolichospermum crassum JN903641.1

Microcystis aeruginosa AF195174.1

Microcystis aeruginosa AM048615.1

Microcystis aeruginosa AM048616.1

Microcystis aeruginosa AY568690.1

Microcystis aeruginosa EU014151.1

Microcystis aeruginosa EU448302.1

Microcystis aeruginosa EU643825.1

Microcystis aeruginosa FJ801041.1

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Microcystis aeruginosa HM020416.1

Microcystis aeruginosa JN226766.1

Microcystis aeruginosa JN226766.1

Microcystis aeruginosa JN688260.1

Microcystis aeruginosa JQ937254.1

Microcystis flosaquae AF195161.1

Microcystis sp AY524851.1

Microcystis viridis AF385383.1

Microcystis viridis JF798342.1

Microcystis wesenbergii AF385389.1

Microcystis wesenbergii GQ379237.1

Microcystis wesenbergii GQ379244.1

Microcystis wesenbergii GQ379249.1

Pseudanabaena sp M99426.1

Raphidiopsis brookii ACYB01000020.1

Sphaerocavum brasiliense FJ801047.1

Synechococcus sp CP000097.1

Synechococcus sp FR715492.1

Synechococcus sp FR715492.1

Synechocystis sp CP003265.1

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Anexo 3 – Curva de calibração dos primers utilizados nos ensaios de

qPCR