Identificación y caracterización molecular de cianobacterias tropicales de los géneros Nostoc, Calothrix, Tolypothrix y Scytonema (Nostocales: Nostocaceae), con posible potencial biotecnológico
DOI:
https://doi.org/10.22458/urj.v9i2.1710Palabras clave:
Cianobacterias, 16S ARNr, rpoC1, caracterización molecular, identificación morfológica, potencial biotecnológicoResumen
Las cianobacterias son procariotas fotoautótrofos, morfológica y molecularmente diversas, en las cuales se han reportado avances biotecnológicos sobre fijación de nitrógeno, biorremediación y valor nutricional-farmacéutico. La identificación tradicional de cianobacterias basada en morfología puede ser imprecisa, por lo que las técnicas moleculares son una herramienta robusta para el posicionamiento taxonómico de estas cepas tropicales. Este estudio se enfoca en la identificación morfológica y caracterización molecular de cianobacterias de ambientes tropicales de Costa Rica, para perspectivas biotecnológicas futuras. Las cepas fueron cultivadas en medio BG0-11, fotografiadas en microscopio de luz y clasificadas a nivel de género. La identificación molecular se llevó a cabo utilizando cebadores del gen ARN polimerasa ADN-dependiente (rpoC1) y la subunidad pequeña ARN ribosomal (16S ARNr). Seguidamente, se realizó un análisis de posicionamiento filogenético mediante alineamiento múltiple con MAFFTv.7 y máxima-verosimilitud con raxMLGUI. Basados en características fenotípicas, se identificaron cuatro géneros de cianobacterias Nostocales: Calothrix sp., Tolypothrix sp., Scytonema sp. y Nostoc sp. Los géneros identificados son conocidos por su capacidad de fijación de nitrógeno y potencial nutricional, farmacológico e industrial. Con una identificación exitosa de cianobacterias de ambientes tropicales, es posible continuar con más estudios de sus propiedades biotecnológicas y evaluar su potencial, con perspectivas futuras de aplicación y conservación de la biodiversidad.
Citas
Altschul, S. F., Gish, W., Miller, W., Myers, E. W., & Lipman, D. J. (1990). Basic local alignment search tool. Journal of molecular biology, 215(3), 403-410.
Arima, H., Horiguchi, N., Takaichi, S., Kofuji, R., Ishida, K. I., Wada, K., & Sakamoto, T. (2012). Molecular genetic and chemotaxonomic characterization of the terrestrial cyanobacterium Nostoc commune and its neighboring species. FEMS microbiology ecology, 79(1), 34-45.
Avendaño, E. M., Pérez, R. M., & Rodríguez, G. S. (2014). Aislamiento, cultivo, viabilidad y evaluación de un consorcio cianobacteria-microalga como acondicionador de suelos. Medicina y Ciencias Biológicas, 35, 51.
Bohunická, M., Pietrasiak, N., Johansen, J. R., Gómez, E. B., Hauer, T., Gaysina, L. A., & Lukešová, A. (2015). Roholtiella, gen. nov. (Nostocales, Cyanobacteria) a tapering and branching cyanobacteria of the family
Nostocaceae. Phytotaxa, 197(2), 84-103.
Bultel-Poncé, V., Félix-Théodose, F., Sarthou, C., Ponge, J. F., & Bodo, B. (2004). New pigments from the terrestrial cyanobacterium Scytonema sp. collected on the Mitaraka Inselberg, French Guyana. Journal of natural products, 67(4), 678-681.
Castresana, J. (2002). Gblocks, v. 0.91b versión en línea disponible en: http://molevol.cmima.csic.es/castresana/Gblocks_server.html. Cosultada el 18 de enero del 2017.
Cuevas, C., Goyenechea, I., & Iturbe U. (2007). La sistemática, base del conocimiento de la biodiversidad. A. Contreras Ramos (Ed.). UAEH, pp. 65
Darriba, D., Taboada, G. L., Doallo, R., & Posada, D. (2012). jModelTest 2: more models, new heuristics and parallel computing. Nature Methods, 9(8), 772.
De, P. K. (1939). The role of blue-green algae in nitrogen fixation in rice-fields. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, 121-139.
Debnath, M., & Bhadury, P. (2016). Adaptive responses and arsenic transformation potential of diazotrophic Cyanobacteria isolated from rice fields of arsenic affected Bengal Delta Plain. Journal of Applied Phycology, 28(5), 2777-2792.
Desikachary, T. V. (1959). Cyanophyta. Indian Council of Agricultu¬ral Research, New Delhi, India. Monographs on Algae, pp. 686.
Dhar, D. W., Prasanna, R., Pabbi, S., & Vishwakarma, R. (2015). Significance of cyanobacteria as inoculants in agriculture. In Algal Biorefinery: An Integrated Approach, pp. 339-374.
Engene, N., Cameron, R., & Gerwick, W. H. (2010). 16S rRNA Gene heterogeneity in the filamentous marine cyanobacterial genus LYNGBYA1. Journal of Phycology, 46(3), 591-601.
Faldu, N., Patel, S., Vishwakarma, N. P., Singh, A. K., Patel, K., & Pandhi, N. (2014). Genetic diversity of marine and fresh water cyanobacteria from the Gujarat state of India. Advances in Bioscience and Biotechnology, 5(14), 1061.
Flores, E., López‐Lozano, A., & Herrero, A. (2015). Nitrogen Fixation in the Oxygenic Phototrophic Prokaryotes (Cyanobacteria): The Fight Against Oxygen. Biological Nitrogen Fixation, 879-890.
Galhano, V., De Figueiredo, D. R., Alves, A., Correia, A., Pereira, M. J., Gomes-Laranjo, J., & Peixoto, F. (2011). Morphological, biochemical and molecular characterization of Anabaena, Aphanizomenon and Nostoc strains (Cyanobacteria, Nostocales) isolated from Portuguese freshwater habitats. Hydrobiología, 663(1), 187-203.
Gugger, M., Lyra, C., Suominen, I., Tsitko, I., Humbert, J. F., Salkinoja-Salonen, M. S., & Sivonen, K. (2002). Cellular fatty acids as chemotaxonomic markers of the genera Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis, Nostoc and Planktothrix (cyanobacteria). International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 52(3), 1007-1015.
Gupta, M., & Chaudhuri, A. N. (2016). Bioremediation of cadmium and lead and its effect on chlorophyll, enzymatic and non enzymatic antioxidants of cyanobacteria. International Journal of Scientific
Research, 4(6), 6-10.
Iteman, I., Rippka, R., de Marsac, N. T., & Herdman, M. (2002). rDNA analyses of planktonic heterocystous cyanobacteria, including members of the genera Anabaenopsis and Cyanospira. Microbiology, 148(2), 481-496.
Jensen, S., Petersen, B. O., Omarsdottir, S., Paulsen, B. S., Duus, J. Ø., & Olafsdottir, E. S. (2013). Structural characterisation of a complex heteroglycan from the cyanobacterium Nostoc commune. Carbohydrate polymers, 91(1), 370-376.
Kishore, K., & Bimal, R. (2010). Distribution of nitrogen‐fixing cyanobacteria (Nostocaceae) during rice cultivation in fertilized and unfertilized paddy fields. Nordic Journal of Botany, 28(1), 100-103.
Komárek, J., & Anagnostidis, K. (1989). Modern approach to the classification system of cyanophytes-4: Nostocales. Archives of Hydrobiology, Suppl. Algological Studies, 56, 247-345.
Komárek, J., & Anagnostidis, K. (1999). Cyanoprokaryota: I. Teil Chroococcales. Band 19/1, Sußwasserflora von Mitteleuropa, Gaustav Fischer Verlag, Jena. pp. 548.
Komárek, J., & Anagnostidis, K. (2005). Cya¬noprokaryota II. Teil Oscillatoriales, Band 19/2, Süßwasserflora von Mitteleuropa, Elsevier GmbH, Munchen. pp. 759.
Komarek, J., Sant’Anna, C. L., Bohunická, M., Mareš, J., Hentschke, G. S., Rigonato, J., & Fiore, M. F. (2014). Phenotype diversity and phylogeny of selected Scytonema-species (Cyanoprokaryota) from SE Brazil. Fottea, 13(2), 173-200.
Kumari, N., Srivastava, A. K., & Bhargava, P. (2009). Molecular approaches towards assessment of cyanobacterial biodiversity. African Journal of Biotechnology, 8(18), 4284-4298.
Lee, E., Ryan, U. M., Monis, P., McGregor, G. B., Bath, A., Gordon, C., & Paparini, A. (2014). Polyphasic identification of cyanobacterial isolates from Australia. Water Research, 59, 248-261.
Liao, H. F., Wu, T. J., Tai, J. L., Chi, M. C., & Lin, L. L. (2015). Immunomodulatory potential of the polysaccharide-rich extract from edible cyanobacterium Nostoc commune. Medical Sciences, 3(4), 112-123.
Lyra, C., Suomalainen, S., Gugger, M., Vezie, C., Sundman, P., Paulin, L., & Sivonen, K. (2001). Molecular characterization of planktic cyanobacteria of Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis and Planktothrix genera. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 51(2), 513-526.
Mouser, P. J., N’Guessan, A. L., Elifantz, H., Holmes, D. E., Williams, K. H., Wilkins, M. J. & Lovley, D. R. (2009). Influence of heterogeneous ammonium availability on bacterial community structure and the expression of nitrogen fixation and ammonium transporter genes during in situ bioremediation of uranium-contaminated groundwater. Environmental science & technology, 43(12), 4386-4392.
Porebski, S., Bailey, L. G., & Baum, B. R. (1997). Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high polysaccharide and polyphenol components. Plant molecular biology reporter, 15(1), 8-15.
Prabakaran, P., & Ravindran, A. D. (2011). A comparative study on effective cell disruption methods for lipid extraction from microalgae. Letters in applied microbiology, 53(2), 150-154.
Prasanna, R., Sood, A., Ratha, S. K., & K Singh, P. (2013). Cyanobacteria as a “green” option for sustainable agriculture. Cyanobacteria: An Economic Perspective, pp. 145-166.
Quesada, A., & Vincent, W. F. (2012). Cyanobacteria in the cryosphere: snow, ice and extreme cold. In Ecology of cyanobacteria II. pp. 387-399.
Rajaniemi, P., Hrouzek, P., Kaštovska, K., Willame, R., Rantala, A.,
Hoffmann, L. & Sivonen, K. (2005). Phylogenetic and morphological evaluation of the genera Anabaena, Aphanizomenon, Trichormus and Nostoc (Nostocales, Cyanobacteria). International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 55(1), 11-26.
Rambaut, A. (2009). FigTree v1.4 2012–2014: Tree Figure Drawing Tool. Disponible en línea: http://tree.bio.ed.ac.uk/software/figtree. Consultada el 19 de enero del 2017.
Rinkel, B. E., & Manoylov, K. M. (2014). Calothrix an evaluation of fresh water species in United States rivers and streams, their distribution and preliminary ecological findings. Proceedings of the academy of natural sciences of Philadelphia, 163(1), 43-59.
Sant'Anna, C. L., Azevedo, M. T. P., Fiore, M. F., Lorenzi, A. S., Kaštovský, J., & Komárek, J. (2011). Subgeneric diversity of Brasilonema (Cyanobacteria, Scytonemataceae). Brazilian Journal of Botany, 34(1), 51-62.
Seo, P. S., & Yokota, A. (2003). The phylogenetic relationships of cyanobacteria inferred from 16S rRNA, gyrB, rpoC1 and rpoD1 gene sequences. The Journal of general and applied microbiology, 49(3), 191-203.
Sharma, N. K. (2015). From natural to human-impacted ecosystems: rationale to investigate the impact of urbanization on cyanobacterial diversity in soils. Biodiversity and Conservation, 24(4), 1007-1015.
Sihvonen, L. M., Lyra, C., Fewer, D. P., Rajaniemi-Wacklin, P., Lehtimäki, J. M., Wahlsten, M., & Sivonen, K. (2007). Strains of the cyanobacterial genera Calothrix and Rivularia isolated from the Baltic Sea display cryptic diversity and are distantly related to Gloeotrichia and Tolypothrix. FEMS microbiology ecology, 61(1), 74-84.
Silva, P. G., & de Jesús S. H. (2013). Biomass production of Tolypothrix tenuis as a basic component of a cyanobacterial biofertilizer. Journal of applied phycology, 25(6), 1729-1736.
Singh, S. P., Kumari, S., Rastogi, R. P., Sinha, R., & Sinha, R. P. (2010). Photoprotective and biotechnological potentials of cyanobacterial sheath pigment, scytonemin. African Journal of Biotechnology, 9(5), 580-588.
Singh, S. P., Pathak, J., & Sinha, R. P. (2017). Cyanobacterial factories for the production of green energy and value-added products: An integrated approach for economic viability. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 69, 578-595.
Stamatakis, A., Ludwig, T., & Meier, H. (2005). RAxML-III: a fast program for maximum likelihood-based inference of large phylogenetic trees. Bioinformatics, 21(4), 456-463.
Teneva, I., Stoyanov, P., Mladenov, R., & Dzhambazov, B. (2012). Molecular and phylogenetic characterization of two species of the genus Nostoc (Cyanobacteria) based on the cpcB-IGS-cpcA locus of the phycocyanin operon. Journal of Bioscience and Biotechnology, 1(1), 9-19.
Thajuddin, N., & Subramanian, G. (2010). Cyanobacterial biodiversity and potential applications in biotechnology. Current Science, 89(1), 47-57
Wilmotte, A., and M. Herdman. 2001. Phylogenetic relationships among cyanobacteria based on 16S rRNA sequences, pp. 487–493. In D. R.
Boone and R. W. Castenholz (ed.), Bergey’s manual of systematic bacteriology, vol. 1. Springer, New York, N.Y.
Zhen, Z., Liu, J., Rensing, C., Yan, C., & Zhang, Y. (2017). Effects of two different high-fidelity DNA polymerases on genetic analysis of the cyanobacterial community structure in a subtropical deep freshwater reservoir. Archives of Microbiology, 199(1), 125-134.
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Nota: Este resumen contiene un copyright incorrecto debido a problemas técnicos. Los autores que publican en esta revista aceptan los siguientes términos: Los autores conservan los derechos de autor y otorgan a la revista el derecho de primera publicación, con la obra simultáneamente bajo una Licencia de Atribución de Creative Commons que permite a otros compartir la obra con el reconocimiento de la autoría y la publicación inicial en esta revista.
Los contenidos se pueden reproducir citando la fuente según la licencia de Acceso Abierto CC BY 4.0. El almacenamiento automático en repositorios está permitido para todas las versiones. Incentivamos a los autores a publicar los datos originales y bitácoras en repositorios públicos, y a incluir los enlaces en todos los borradores para que los revisores y lectores puedan consultarlos en cualquier momento.
La revista está financiada con fondos públicos a través de la Universidad Estatal a Distancia. La independencia editorial y el cumplimiento ético están garantizados por la Comisión de Editores y Directores de Revistas de la UNED. No publicamos pautas publicitarias pagadas ni recibimos financiamiento de la empresa privada.