Diversity of free-living metopids of the IAC clade

• Název práce v češtině: Diverzita volně žijících metopidních nálevníků ze skupiny IAC
• Název v anglickém jazyce: Diversity of free-living metopids of the IAC clade
• Akademický rok vypsání: 2021/2022
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra zoologie (31-170)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Ivan Čepička, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 12.10.2021
• Datum zadání: 12.10.2021

Předběžná náplň práce

Endobiotičtí prvoci z pochopitelných důvodů přitahují už dlouho značnou pozornost biologů. Stejnou pozornost si ovšem zasluhují i jejich volně žijící příbuzní, pomocí nichž můžeme odpovědět na evoluční původ endobiotického životního stylu těch prvních. V mém případě půjde o anaerobní nálevníky ze skupiny Metopida (Armophorea, Ciliophora) zahrnující jak nálevníky volně žijící v anoxických sedimentech (skupina „IAC“, Metopidae), tak endobiotické klevelandelidy (Clevelandellida) ze střev širokého spektra hostitelů od hmyzu po obratlovce. Volně žijící metopidi skupiny IAC se navzdory vzájemné blízké příbuznosti vyznačují na nálevníky značnou intraspecifickou morfologickou variabilitou a současně často i interspecifickou morfologickou diverzitou. Řadu z nich se nám již podařilo kultivovat, nicméně už z toho, jak počet nových kultur přibývá, je zřejmé, že nám stále podstatná část jejich diverzity uniká.

Skupina IAC byla definovaná jako klád s robustní podporou, který, jak už bylo naznačeno, zahrnuje endobiotické klevelandelidy a jim nejvíce příbuzné linie metopidů. Celý tento klád vyžaduje zásadní taxonomickou revizi a nese prozatím jen kódové pojmenování IAC (je to zkratka z názvů některých obsažených taxonů – metopidů Idiometopus a Atopospira a skupiny Clevelandellida). Současná fylogeneze skupiny IAC (podobně jako celé třídy Armophorea) je založena pouze na genu pro SSU rRNA), což se ukazuje jako zcela nedostatečné pro jasné rozlišení jednotlivých linií a jejich vzájemných vztahů.

Mimořádná zajímavost skupiny IAC spočívá i v tom, že v rámci této „nevelké“ skupiny patrně došlo ke vzniku endobiotického způsobu života hned dvakrát nezávisle na sobě. Jednou zřejmě ve sladkovodním prostředí u již zmíněné bohaté skupiny klevelandelidů (známí hostitelé jsou třeba švábi, ryby, plazi, obojživelníci), podruhé v prostředí mořském, kde je však známý jen jeden endobiotický zástupce, Parametopidium circumlabens z ježovek.

Laboratoř disponuje bohatou kolekcí kultur a vzorků, které budou v tomto projektu využity a dále rozšířeny. Stejně tak disponuje vším potřebným vybavením.

Cílem tohoto projektu je zmapovat diverzitu skupiny IAC. Dále odhalit blíže fylogenetické vztahy s endobiotickými skupinami (Clevelandellida, Parametopidium). Navrhnout nové způsoby jejich kultivace na základě experimentů, a umožnit tak jejich důkladné studium. Na základě získaných dat pak formulovat hypotézy o preadaptacích a vlastnostech, které společnému předkovi těchto metopidů a klevelandelidů umožnily úspěšnou kolonizaci trávicího traktu živočichů.

• Podrobný průzkum diverzity metopidů skupiny IAC bude proveden dvěma vzájemně komplementárními metodami.
- kultivace a Sangerova sekvenace genu pro SSU a LSU rRNA a mezilehlý ITS region
- environmentální Oxford Nanopore sekvenace téhož operonu (SSU–ITS–LSU) stejných vzorků, které budou použity pro kultivační část (v případě, že z nějakého důvodu nebude Nanopore sekvenace fungovat, bude použita konvenční Illumina environmentální sekvenace)

Dá se důvodně předpokládat, že získáme i množství sekvencí metopidů z jiných linií než IAC, resp. armoforeí obecně. Významně to přispěje k poznatkům o fylogenezi a diverzitě celé třídy Armophorea, neboť z drtivé většiny známých druhů je znám právě jen gen pro SSU rRNA.

Současně budou požity standardní taxonomické techniky: mikroskopické pozorování in vivo, barvení protargolem a uhličitanem stříbrným, skenovací, případně transmisní elektronová mikroskopie.
• Rozřešení fylogeneze metopidů skupiny IAC a zjištění polohy klevelandelidů na základě fylogenomické analýzy založené na více než 150 genech. Analýza bude provedena na základě nově získaných transkriptomických dat z hlavních linií skupiny IAC.
• Kultivační a toleranční experimenty provedené za účelem odhalení preadaptací pro přechod na endobiózu a kvůli inovaci kultivačních metod nálevníků budou zaměřené na míru tolerance k změnám v teplotě, salinitě a iontové síle prostředí, kterou předpokládá úspěšný přechod z volného na endobiotický způsob života. V rámci výzkumu klevelandelidů, např. u druhu Nyctotherus ovalis, již byly provedeny určité experimenty s excystací, kde hrála hlavní roli teplota. Salinita je zajímavá zejména proto, že se v rámci skupiny IAC vyskytují druhy nalezené a kultivované od sladké vody po slanou. Jsou dokonce publikovány výskyty i v hypersalinních lokalitách. Iontová síla prostředí pak přímo souvisí s životem uvnitř trávicího traktu živočichů.