Cianobacterias en la Bahía de Mayagüez y su relación con las ...

Universidad de Puerto Rico-Recinto Mayagüez
Departamento de Biología
Cianobacterias en la Bahía de
Mayagüez : Abundancia,
distribución y su relación con las
propiedades bio-ópticas
Yvette Ludeña Hinojosa

BAHÍA DE MAYAGÜEZ
• Ubicada al Oeste de
Puerto Rico
• Cubre 47Km 2 de un total
de 100Km 2 del complejo
Bahía Mayagüez-Añasco
AAA

PROPIEDADES BIO-ÓPTICAS
Propiedades ópticas inherentes
• Coeficiente de absorción (a)
• Coeficiente de dispersión (b)
• Coeficiente de retrodispersión (b b )
• Coeficiente de atenuación (c)
Propiedades ópticas aparentes
• Coeficiente de atenuación difusa (K d )

PROPIEDADES BIO-ÓPTICAS
LUZ INCIDENTE
Coeficiente de absorción
(a)
Coeficiente de dispersión
(b)
Coeficiente de atenuación
c = a + b

• Coeficiente de retrodispersión (b b )
Fotones dispersados en dirección contraria a la dirección
de la luz
Luz incidente
Agua
b b
Partículas
suspendidas
• Coeficiente de atenuacion difusa de la luz (K d )
Sus valores dependen de las propiedades ópticas
inherentes

CIANOBACTERIAS
• Parte importante del
fitoplancton.
• Tienen Clorofila-a como
pigmento principal.
• Clorofila-a tiene pico de
absorción a 440 y 680nm.

cont. Cianobacteria
Estructura
Vesículas de Gas
• Regulan su
flotabilidad
Heterocisto
• Sitio único para la
fijación de nitrógeno

Cont…Cianobacterias
• Picocianobacterias (0.2-2 µm), presente
en muchos ambientes oligotróficos

OBJETIVOS
• Determinar la abundancia de Cianobacterias en la Bahía de
Mayagüez y establecer su relación espacial y temporal con
las propiedades bio-ópticas.
• Medir las propiedades ópticas aparentes e inherentes en la
Bahía de Mayagüez.
• Determinar la relación entre la densidad de Cianobacterias y
la concentración de clorofila-a.
• Caracterizar la estructura de la comunidad de Cianobacterias
mediante la construcción y análisis de librería de clones y
restricción de polimorfismo de la longitud del fragmento
terminal (T-RFLP) del 16S DNA ribosomal de cianobacterias.

AREA DE ESTUDIO
Plan de muestreo
• Julio-diciembre 2005
• Seis estaciones de
muestreo
A1, AAA, G1 y Y1= costeras
A2 y G2= oceánicas

MATERIALES Y MÉTODOS

Cianobacteria y Clorofila-a
Muestras de agua
Filtrar 7 litros de agua en
filtro de 20μm
Fijar con 4% de
glutaraldehido
Filtrar 250ml
(Bomba al vacío) en whatman
GF/F de 0.7μm
Extracción clorofila-a con 10ml
de metanol 100%
Conteo Cianobacteria en
Sedgwick Rafter
Incubar a 4ºC por un máximo
de 24h
Abundancia de
Cianobacteria (cel/ml)
Lectura de Clorofila-a (μg/L) en
fluorómetro TD-700-Turner

Propiedades Bio-ópticas
412,443,491,
684nm
Profundidad
Irradianza
Absorción y
atenuación
412, 440,488, 676nm
Retrodispersión
442,470,671nm
ROSETA BIO-ÓPTICA

• Coeficiente de atenuación difusa (K d )
1 E d
Kd = ------------ ln -------------
z 1 -z 2 E d (z 2 )
Donde:
E d = irradianza
z 1 y z 2 = profundidad
Se calculó a 412, 443, 491 y 684nm
ANÁLISIS DE DATOS
• ANOVA para comparar la variación de la abundancia de
cianobacterias y las propiedades bio-ópticas.
• Correlación de Pearson: Cianobacterias y propiedades
bio-ópticas.
• Índice de Similitud de Bray Curtis

Estructura de la comunidad de Cianobacterias
Muestra de agua
Filtrar 1L en membrana estéril de 0.2 μm
T-RFLP
Extracción de ADN
Librería clones: AAA, G2
PCR del 16S rDNA-iniciador
marcado con IRDye-700
PCR del 16S rDNA de
cianobacterias
Digestión con HaeIII, MspI, RsaI
Visualizar T-RFs con Analizador
NEN ® DNA LI-COR
Análisis en Gel Pro Analyzer
Análisis de Correspondencia
Clonación del 16SrDNA en
vector pGEM
PCR de clones
Secuenciación de clones
Árbol filogenético (MEGA 3.1)
OTUs, Indice de diversidad
(DOTUR), (%)Cobertura

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Abundancia de Cianobacterias
GRUPO PORCENTAJE (%)
Ochrophyta
(diatomeas)
83.4
Cianobacteria 3.6
Pyrrophyta 8.4
Chlorophyta 4.5
Total 99.9
Fitoplancton (cel/ml)
600
500
400
300
200
100
0
Julio Agosto Septiembre Octubre Diciembre
Meses
Cianobacteria Ochrophyta Pyrrophyta Chlorophyta

Variación de la abundancia de Cianobacterias a nivel
espacial
25
Cianobacteria
Cianobacterias (cel/ml)
20
15
10
5
0
A1 A2 AAA G1 G2 Y1
Estaciones
Julio Agosto Septiembre Octubre Diciembre

Dendrograma de la abundancia de Cianobacterias
construida por el coeficiente de Bray Curtis
1.0 1
0.9 0.9
0.8 0.8
0.7 0.7
0.6 0.6
Similitud
Similari
ty
0.5 0.5
0.4 0.4
0.3 0.3
0.2 0.2
0.1 0.1
1
G1
I
A1
72
68
2
Y1
100
3 4
Trichodesmium
más abundante
AAA
II
A2
68
5
68
6
G2
7

Concentración de Clorofila-a
Abundancia de diatomeas
2.0
Clorofila-a
160
140
Diatomeas
1.5
120
Clorofila-a (μg/L)
1.0
Diatomeas (cel/ml)
100
80
60
0.5
40
20
0.0
A1 A2 AAA G1 G2 Y1
Estaciones
0
A1 A2 AAA G1 G2 Y1
Estaciones
Julio Agosto Septiembre Octubre Diciembre
Julio Agosto Septiembre Octubre Diciembre
Variables r p

Coeficiente de absorción
Coeficiente de atenuación
Superficie
Coeficiente de absorción (m-1)
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
Superficie: Agosto
A1
A2
AAA
G1
G2
Y1
Coeficiente de atenuación (m-1)
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
Superficie:Agosto
A1
A2
AAA
G1
G2
Y1
0.0
412 440 488 676
2.0
0.0
412 440 488 676
Profundidad
5.0
Profundidad: Diciembre
14.0
Profundidad:Diciembre
12.0
Coeficiente de absorción (m-1)
4.0
3.0
2.0
1.0
Coeficiente de atenuación (m-1)
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
412 440 488 676
Longitud de onda (nm)
0.0
412 440 488 676
Longitud de onda (nm)

Correlación Pearson: Cianobacterias, diatomeas con propiedades bio-ópticas
Variables r p

Coeficiente de retrodispersión
0.35
Superficie: Agosto
A1
0.35
Profundidad:Agosto
Coeficiente de retrodispersión (m-1)
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
A2
AAA
G1
G2
Y1
Coeficiente de retrodispersion (m-1)
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
442 470 671
0.00
442 470 671
Longitud de onda (nm)
Longitud de onda (nm)
Variables r p

Coeficiente de atenuación difusa (K d )
Kd (m-1)
Julio
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
Kd (m-1)
Agosto
A1
A2
AAA
G1
G2
Y1
0.5
0.0
412 443 491 684
412 443 491 684
Kd (m-1)
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
Septiembre
412 443 491 684
Kd (m-1)
Octubre
412 443 491 684
3.0
2.5
Diciembre
Kd (m-1)
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
412 443 491 684
Longitud de onda (nm)

Cambios en la comunidad de cianobacterias en
octubre mediante T-RFLP
HaeIII RsaI MspI
pb
700
650
600
565
530
500
495
460
MPMG1G2 A1A2AAAY1 G1G2
A1 A2AAAY1 G1G2A1 A2 AAA Y1
400
364
350
300
255
204
200
145
T-RF
100
50

Análisis de correspondencia: Estructura de la comunidad
de Cianobacteria mediante T-RFLP
a=agosto
s=septiembre
o=octubre
d=diciembre
0.03
0.02
0.01
Eje 13(%)
0
t-RFs comunes
10
A2 - sAAA - s
G2 - s
Y1 - s
A2 - aG1 - G1-s
a
A1 - a
G2 - A1 - s
a
AAA - a Y1- a
Y1 - d
G2 - d G1 - d
I
t-RFs únicos
II
4
AAA - o
A2 - o
Y1 - o
-0.01
-0.02
t-RFs únicos
12
III
A1 - o
G1 - o G2 - o
IV
AAA - d
A1 - d
A2 - d
-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04
Eje (16%)

Árbol filogenético de la librería de clones del 16 rDNA de la
comunidad de cianobacterias en la AAA y G2
9
21
25
47
29
22
46
99
100
100
42
72
48
85
53
77
MG15 (20/28)
Synechococcus sp- WH 8012
MAAA24 (15/25)
Synechococcus sp-str-CC905
MAAA12 (6/25)
Synechococcus sp- str- WH 8016
MAAA11 (1/25)
Synechococcus sp-str-CC905
MG5 (7/28)
MG19 (1/28)
Synechococcus sp- CC9311
Synechococcus sp- str- CC902
Synechococcus sp- str- WH 7803
Synechococcus sp-str-Dim
MAAA25 (1/25)
Synechococcus sp-str-RS99
Merismopedia tenuissima
Phormidium sp-
Lyngbya sp-strain PCC 7419
Phormidium sp- MBIC10070
Phormidium sp- MBIC10003
100
100
Lyngbya majuscula HECT
Lyngbya bouillonii
Chroococcus turgidus
Oscillatoria sp
Merismopedia glauca
Oscillatoria acuminata
Phormidium sp- DVL1003
Trichodesmium tenue
43
63
100
Oscillatoria sancta
Trichodesmium hildebrandtii
Trichodesmium erythraeum
Trichodesmium sp-
0.01

Análisis de Cobertura e Índice de diversidad de
librería de clones en las estaciones AAA y G2
1.00
0.80
MAAA
MG2
92%
1.00
96%
0.80
Cobertura
0.60
0.40
Cobertura
0.60
0.40
0.20
0.20
0.00
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0
Tamaño de la librería
0.00
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0
Tamaño de la librería
Librería
clones
OTUs
Shannon
Weiner (H)
Simpson´s
(1/D)
Jaccard
Schao
MAAA
MG2
5(25)
3(28)
1.1
0.7
0.4
0.5
7.0
4.0
5.5
3.0

CONCLUSIONES
• Las Cianobacterias fue el grupo menos abundante en la Bahía de
Mayagüez durante el periodo de estudio y representó únicamente 3.6% del
total de fitoplancton.
• La abundancia de Cianobacterias es igual a nivel de superficie y
profundidad, la misma se ve afectada por la descarga de los ríos Añasco,
Guanajibo y Yagüez, y por la resuspensión de sedimentos; especialmente
en las estaciones costeras.
• El grupo más abundante en la Bahía durante el periodo de estudio fueron
las diatomeas y representó 83.4% del total del fitoplancton.
• La clorofila-a tuvo variaciones a nivel espacial y temporal. Su mayor
concentración fue en las estaciones costeras donde las diatomeas fueron
abundantes.
• La relación entre Cianobacterias y el coeficiente de absorción, atenuación y
retrodispersión fueron negativas. Aunque son conocidas que tienen un rol
importante en las propiedades ópticas de muchos ambientes marinos, no
fueron determinantes de las propiedades bio-ópticas en la Bahía de
Mayagüez

….cont.
conclusiones
• La relación entre diatomeas y el coeficiente de absorción,
atenuación y retrodispersión fueron positivas. Lo que demuestra
que contribuye a la variabilidad de las propiedades bio-ópticas
en la Bahía de Mayagüez debido a su foto-adaptación en
respuesta a cambios en la disponibilidad de la luz.
• Se observó mas evidencia de la variación a nivel temporal y
espacial de la comunidad de Cianobacterias mediante t-RFLP.
• Librería de clones reveló que Synechococcus es un grupo
dominante en las estaciones G2 y AAA de la Bahía de
Mayagüez.

AGRADECIMIENTOS
• Al Departamento de Biología de la UPRM por brindarme la oportunidad
de seguir estudios de Maestría y por su apoyo como Asistente de
Cátedra.
• A mi Director de Tesis, Dr. Fernando Gilbes por su guía y consejos para
concluir éste trabajo y por su confianza en formar parte de su equipo de
investigación.
• A los miembros del Comité Graduado, Drs. Arturo Massol y Rafael
Montalvo por la revisión del manuscrito.
• Al Dr. Arturo Massol, por las facilidades en el uso de materiales y
equipos del Laboratorio de Ecología Microbiana, por sus valiosas
sugerencias y aporte durante el desarrollo de este trabajo.
• A NOAA-CREST, por la subvención para la ejecución de esta
investigación.

…Cont. agradecimientos
• A Patrik Reyes por su colaboración en la toma de muestras y a
Vilmaliz Rodriguez por el procesamiento de datos de la Roseta Bioóptica.
• A MSc. Gladys Toro y Enid Rodríguez, por sus enseñanzas y
consejos en las técnicas de Biología Molecular
• A mis compañeros del Laboratorio de Ecología Microbiana
• A todos mis amigos, Diana, Paola, Ana, Milena, Victor, Fransisco,
Edward, Rogelinda, Sonia, Luis, Gina, Alejandro; por ser parte
importante de mi estadía en Puerto Rico, por su cariño y por todo el
apoyo brindado…Gracias por estar ahí!.
• A mi madre…mi angel, a mi familia y a Eric, por enseñarme que la
perseverancia y el esfuerzo son el camino para lograr objetivos.