Caracterização ecofisiológica e molecular de duas cepas de Cylindrospermopsis raciborskii, produtoras de saxitoxina, isoladas da Lagoa do Peri, Florianópolis, SC.

Abstract

Cylindrospermopsis raciborskii é uma cianobactéria planctônica de água doce, conhecida por produzir cilindrospermosina, toxinas paralisantes e alguns outros compostos ainda não identificados. Esta espécie, originalmente identificada como restrita a regiões tropicais, apresenta grande capacidade de invasão e adaptação em corpos d?água ao redor do mundo. Na lagoa do Peri, um lago polimítico subtropical, localizado na costa sul do Brasil, C. raciborskii representa cerca de 90% da densidade do fitoplâncton total, mostrando-se dominante durante a maior parte do ano. O objetivo geral deste trabalho foi caracterizar duas cepas, LP1, isolada em 2006, e LP2, isolada em 2013, ambas na Lagoa do Peri, quanto sua morfologia, ecofisiologia e seu perfil de toxinas, bem como, sua filogenia, além de relacionar o conteúdo de toxinas com os níveis relativos de transcritos dos genes sxtA, sxtB, sxtI e sxtS, presentes no agrupamento responsável pela biossíntese da saxitoxina. As duas, LP1 e LP2, cepas apresentaram 100% de identidade nas sequências parciais correspondentes aos genes 16S rRNA, ITS e rpoC1, entretanto, possuem características morfológicas, ecofisiológicas e toxicológicas distintas. As cepas apresentam morfologias distintas e diferenças significativas quanto ao comprimento e volume dos tricomas. A cepa LP2 mostrou uma tendência a maiores taxas de crescimento que a cepa LP1, nas três temperaturas (17°C, 22°C e 28°C) e nas três razões N:P (4,5:1, 10:1 e 40:1) testadas. Ambas as cepas apresentam baixo requerimento de luz, mas foram capazes de tolerar intensidades luminosas em torno de 200 µmol photons.m-2.s-1. A cepa LP2 apresentou maior concentração de clorofia-a e também maior dissipação de energia não fotoquímica (NPQ) que a cepa LP1, e quando exposta a altas intensidades luminosas, apresentou tricomas com maior volume. Com relação à produção de toxinas, a cepa LP2 apresentou um potencial tóxico maior que a cepa LP1, uma vez que apresentou uma maior variedade de análogos, sendo, portanto, considerada mais tóxica, de acordo com o nível de toxicidade de cada variante. A cepa LP1 não amplificou nenhum dos geneselecionados da via de biossíntese da saxitoxina, logo, apresentou ausência de expressão dos mesmos. De um modo geral, a expressão relativa dos genes sxtA, sxtB, sxtI e sxtS, foi menor na cepa LP2, quando comparada com os níveis relativos de transcritos da cepa C. raciborskii T3, usada como controle. Entretanto, só foi observada diferença estatística nos níveis de transcritos do gene sxtA. Também não foi observada diferença estatística entre os níveis relativos de transcritos dos quatro genes, dentro da mesma cepa. Esses resultados reforçam a hipótese que existam diferentes ecótipos desta espécie, que provavelmente se originaram em resposta às variações ambientais existentes na Lagoa do Peri. A sua dominância durante grande parte do ano pode ser explicada pela alternância desses ecótipos na contribuição de biomassa total de acordo com suas vantagens fisiológicas, contribuindo para o sucesso ecológico da espécie.<br.

Abstract : Cylindrospermopsis raciborskii is a freshwater planktonic cyanobacteria recognized to produce the alkaloid cylindrospermopsin, paralytic shellfish poisoning (PSP) toxins, and some other unknown compounds. This species, previously restricted to the tropics, has great ability of invasion and adaptation, and is currently found in water bodies from a wide range of latitudes. In Peri Lagoon, a subtropical polimytic lake located at the southern coast of Brazil, the species represents about 90% of the total phytoplankton, being dominant for most part of the year. In the present work we attempted to characterize two strains of C. raciborskii, LP1, isolated in 2006, and LP2, isolated in 2013, from Peri Lagoon, for their morphology, ecophysiology, phylogeny and toxin profiles. In addition, the relationship between the toxin content and the relative transcripts level of sxtA, sxtB, sxtI and sxtS genes were evaluated. Both LP1 and LP2 strains showed 100% identity in the partial sequences corresponding to the 16S rRNA, ITS and rpoC1 genes, however, they have different morphological, ecophysiological and toxicological characteristics. The strains showed different morphologies and significant differences in the length and volume of trichomes. LP2 strain showed a tendency to higher growth rates than the LP1 strain at the three temperatures (17 °C, 22 °C and 28 °C) and N: P ratios (4.5:1, 10:1 and 40:1) tested. Both strains showed low light requirements, but were able to tolerate irradiances around 200 µmol photons.m-2.s-1. LP2 strain showed higher chlorophyll-a concentration and also a higher non-photochemical quenching (NPQ) than LP1 strain, and when exposed to high light intensities, showed higher trichomes volume. Regarding toxin content, the LP2 strain LP2 strains exhibited a higher toxic potential than the LP1 strain, and a wider range of analogs, being therefore more toxic. LP1 strain did not amplify any of the selected genes of the biosynthesis pathway of saxitoxin, as well as, showed no expression. In general, the relative transcripts' level of the sxtA, sxtB, sxtI and sxtS genes was lower in the LP2 strain when compared to the relative transcripts level of the C. raciborskii T3 strain used as control. However, only significant difference was observed in the sxtA gene transcript levels. In addition, no significant difference was observed between the relative levels of transcripts of the four genes within the same strain. These results support the hypothesis of ecotypes selection for this species, which probably were originated in response to environmental fluctuations in Peri Lagoon. Dominance duringalmost the whole year can be explained by the alternation of these ecotypes in the total biomass contribution according to their physiological advantages, contributing to the ecological success of this species.