Os produtores primOs produtores primáários marinhos rios marinhos

•• Microbiologia do AmbienteMicrobiologia do Ambiente(2005(2005--2006)2006)

•• Ana AmorimAna Amorim

Factores abiFactores abióóticosticos

•• LuzLuz•• NutrientesNutrientes•• TurbulênciaTurbulência

Alteração do espectro luminoso na água

Valiela, 1995

Percentagem de luz incidente de diferentes c.d.o. em profundidade, na água e no sedimento

Absorção da radiação luminosa pelos pigmentos fotossintéticos

Valiela, 1995

Nutrientes x turbulência = Produção Máxima

Nutrientes

Turbulência

Dinoflageladosarredondados

Dinoflageladosachatados

Diatomáceas

k

InvernoInverno

PrimaveraPrimavera

VerãoVerão

r

Turb

ulên

cia

/ Nut

rient

es=

Gra

dien

teVe

rtic

al

SequênciaSequênciaNormalNormal

Sequência que podeculminar num bloom

MarMaréé VermelhaVermelha

Retirado de Moita

MandalaMandala do do FitoplânctonFitoplâncton(adaptado de Margalef et al., 1979)

Processo de Afloramento Costeiro

Plataforma Noroeste com uma menor influência de águas subtropicais mais quentes e salinas

Afloramento: Forte sazonalidade (Primavera até ao final do Verão)

Circulação superficial: em geral para Norte

Estação de Convergência:• Corrente para N mais intensa sobre o bordoda plataforma e vertente

Estação de afloramento :• Jactos de afloramento para Sul, associados a contra correntes costeiras para Norte

Algumas características oceanográficas da costa W de Portugal

Plataforma Noroeste aplanada e larga

Plataforma Noroeste com uma menor influência de águas subtropicais mais quentes e salinas

60 40 20 0300

200

100

0

80 60 40 20 0

200

100

0

200

100

0

t (ºC)

.1 .1

2.0

t (ºC)

NO3-

NO3-

Cl.a Cl.a

Distância à costa (km)

Prof

undi

dade

(m)

VerãoVerão PrimaveraPrimaveraPenichePeniche

(mg.m-3)

(µM)

Moita, 2001

Costa SW Costa SW

60 40 20 0300

200

100

0

80 60 40 20 0

Cl.a

σ t200

100

025.4 25.8

Distância à costa (km)

Prof

undi

dade

(m)

Costa NWCosta NWFigueira da Foz Cabo S. Vicente

VerãoVerão 8585

(mg.m-3)

σt(Kg.m-3)

Moita, 2001

InvernoInverno19861986

10º 9º 8º 7º

37º

38º

39º

40º

41º

10º 9º 8º 7º

t (ºC)

W

N

0 mCl. a (mg/m3)

12.0

12.5

13.0

13.5

14.0

14.5

15.0

0.1

0.3

0.5

1.0

Máximo

Moita, 2001

PrimaveraPrimavera19861986

Moita, 2001

37º

38º

39º

40º

41º

10º 9º 8º 7º

t (ºC)

W

N

0 m

10º 9º 8º 7º

MáximoCl. a (mg/m3)

12.0

13.0

13.5

14.0

14.5

15.0

15.5

0.0

0.3

0.8

1.5

2.5

3.5

5.0

Verão1985

10º 9º 8º 7º36º

37º

38º

39º

40º

41º

10º 9º 8º 7º

MáximoCl. a (mg/m3)

0 mt (ºC)

W

N

14

15

16

17

18

19

20

0.10.30.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.5

Moita, 2001

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Padrões globais de biodiversidade do fitoplâncton marinho

Irigoien et al., 2004

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Amostragem do plâncton

Moita, 2001

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Moita, 2001

Moita, 2001

Moita, 2001

Moita, 2001

Moita, 2001

Moita, 2001

O Fitoplâncton

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Os diferentes tipos de algas Os diferentes tipos de algas do fitoplânctondo fitoplâncton

• Diatomáceas

•• DinoflageladosDinoflagelados

• Coccolitóforos

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A descoberta da importância do picoplâncton

A descoberta da importância do picoplâncton

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Microscopia de fluorescência e o Microscopia de fluorescência e o desenvolvimento de novas tecnologiasdesenvolvimento de novas tecnologias

Synechococcus découvert en 1979 par J. Waterbury

Prochlorococcus découvert en 1985 par P. Chisholm

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Comment Comment éétudier le tudier le picoplancton ?picoplancton ?

Microscópioelectrónico

Microscópioelectrónico

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Citometria de fluxo

FACS FACS VantageVantage

•• Laser double Laser double faisceau faisceau (UV(UV--488 nm)488 nm)

•• Tri haut dTri haut déébit bit (>10(>1033 cellcell./sec)./sec)

•• SensibilitSensibilitééaccrue ?accrue ?

•• Pas Pas embarquableembarquable

A citometria de fluxo detecta a florescência

Freq

Fluorescence

Taille

Laser

Détection de fluorescence

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« Taille »

100 101 102 103 104

FL3-

Hei

ght

100

101

102

103

104

SSC-Height

P r och lor ococcu s

S yn ech ococcu s

P icoe u caryote s

«C

hlo

rop

hyl

le»

« Taille »

100 101 102 103 104

FL3-

Hei

ght

100

101

102

103

104

SSC-Height

P r och lor ococcu s

S yn ech ococcu s

P icoe u caryote s

«C

hlo

rop

hyl

le»

Side Scatter (≈ Taille)

Fluo

resc

ence

rou

ge (≈

Chl

orop

hylle

/ ce

ll.)

Billes

Synechococcus

Prochlorococcus

Analyse cytométrique

Flagellés

Coccoïdes

CulturasCulturasCulturas

BolidophyceaeBolidophyceae

• Deux flagelles inégaux

• Même pigmentation que les Diatomées

• Séquence 18S les plaçant àla base des Diatomées

=> Nouvelle classe

=> Un seul genre : Bolidomonas

Guillou et al. J. Phycol 1999

PelagophyceaePelagophyceae

PelagococcusPelagococcus sp.sp. PelagomonasPelagomonas calceolatacalceolata

PrasinophyceaePrasinophyceae

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Ostreococcus sppOstreococcus spp.. 9 souches disponibles:• Etang de Thau• Méditerranée• Manche• Océan Atlantique• Mer Rouge

Eucaryote le plus petit : 0,8 µmwww.sb-roscoff.fr

Guillou et al. Protist 1999

TaxaTaxaheterotroficosheterotroficos

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20 m

80 m

150 m

Surface

thermocline

UV

Synechococcus 10 000 / ml

Picoeucaryotes 1 000 / ml

Bactéries 1 000 000 / ml

Microzooplancton 100 / ml

Virus 10 000 000 / ml

FerPhosphatesNitrates

Prochlorococcus 100 000 / ml Vent

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Diversité des Populations Naturelles

DiversitDiversitéé des Populations des Populations NaturellesNaturelles

Approches et TechniquesApproches et Techniques

–– Abondance picoeucaryotes par cytomAbondance picoeucaryotes par cytoméétrie en fluxtrie en flux

–– Examen systExamen systéématique de la diversitmatique de la diversitéé ggéénnéétique par tique par DGGEDGGE (en d(en dééveloppement)veloppement)

–– Clonage et sClonage et sééquenquenççage gage gèène ARNr 18S ne ARNr 18S àà partir de partir de populations naturellespopulations naturelles

–– Quantification de lQuantification de l ’’abondance des diffabondance des difféérents taxons rents taxons •• Sondes ARNr 18S et Hybridation Sondes ARNr 18S et Hybridation in situ in situ (FISH)(FISH)•• PCR quantitativePCR quantitative (en d(en dééveloppement)veloppement)

Moon et al. 2001Moon et al. 2001

Novas Novas LinhagensLinhagens EucariotasEucariotas

Nouveaux groupes

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Marqueurs cellulairesMarqueurs cellulairesChlamydomonas Bolidomonas

Marqueur reconnaissant toutes les cellules ànoyau

Marqueur Bolidomonas

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Tests des Sondes sur Micromonas pusilla

EUK1209R PRAS04

PRAS03 MICRO01www.sb-roscoff.fr

Diversidade do Diversidade do picoplânctonpicoplâncton

•• Factores que afectam a distribuiFactores que afectam a distribuiçção do ão do picoplânctonpicoplâncton

Comparaison Synechococcus - Prochlorococcus

APCPE

PC

Synechococcus ProchlorococcusCell size 0.8-1.2 µm 0.5-0.8 µm Carbon content ca. 250 fg/cell 50-130 fg/cell Pigmentation chlorophyll a

phycobilins zeaxanthin

beta-carotene

divinyl-Chls a & blow amounts of PE

zeaxanthin alpha-carotene

Major antenna phycobilisomes Pcb

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Types de Distributions Verticales

250

200

150

100

50

00.1 1 10 100

Tropical Pacific

103 cell ml-1

Prochlorococcus Synechococcus

Dep

th (m

)

0 1 2 3 4 5NO3

250

200

150

100

50

00.1 1 10 100

Equatorial Pacific

103 cell ml-1

Prochlorococcus Synechococcus

Dep

th (m

)

0 5 10 15 20NO3

250

200

150

100

50

00.1 1 10 100

Tropical Atlantic

103 cell ml-1

Prochlorococcus Synechococcus

Dep

th (m

)

Pacifique Equatorial E

250 Synechococcus

0 5 10 15 20NO3

Atlantique Tropical(proche upwelling)

Pacific tropical N

[Syn] ≈ [Proc] [[Syn] ≈ 1/10 [Proc] Syn] ≈ 1/100 [Proc]

Partensky et al. (1999) Microbiol. Mol. Biol. Rev.

Questions Questions EcologiquesEcologiques

•• Facteurs contrôlant la distribution diffFacteurs contrôlant la distribution difféérentielle de rentielle de

Prochlorococcus Prochlorococcus etet SynechococcusSynechococcus ? ?

•• MMéécanismes dcanismes d’’adaptation des cyanobactadaptation des cyanobactééries aux forts flux ries aux forts flux

de photons visibles et UV en surface des ocde photons visibles et UV en surface des océéans ?ans ?

•• Facteurs responsables de la large distribution verticale des Facteurs responsables de la large distribution verticale des

populations de populations de Prochlorococcus Prochlorococcus dans les zones dans les zones oligotrophesoligotrophes ??

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«« EcotypesEcotypes »» dede ProchlorococcusProchlorococcus

nutri

lites

lumière

Différences entre souches adaptées aux basses et hautes lumières :

Isolement Culture

• Optimum lumineux de croissance

• Taux photosynthétique maximum

• Rapport Chl b sur Chl a2

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0 m

50 m

100 m

150 m

200 m

Diversité Génétique (16S rRNA)

Prochlorococcus TATL1bProchlorococcus MIT9107Prochlorococcus SB, TATL2Prochlorococcus MIT9302Prochlorococcus MIT9312Prochlorococcus GP2Prochlorococcus TATL1aSAR 6Prochlorococcus NATL2Prochlorococcus MED4

Prochlorococcus NATL2aProchlorococcus PAC1

Prochlorococcus SS120Prochlorococcus MIT9313

Prochlorococcus MIT9303Synechococcus WH8102

SAR 139SAR 100

SAR 7Synechococcus WH8101

Synechococcus WH7805Synechococcus PCC6301

Moore et al. (1998) Nature

Low light-adapted clades

High light-adapted clades

HLII

HLI

Génome séquencé

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