velikost textu

Exploring the diversity of snow algae using polyphasic approach

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Exploring the diversity of snow algae using polyphasic approach
Název v češtině:
Studium diverzity sněžných řas s využitím polyfázického přístupu
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Lenka Procházková
Školitel:
RNDr. Linda Nedbalová, Ph.D.
Oponenti:
prof. Ulf Karsten, Dr.
prof. Ronald Hoham
Id práce:
85473
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra ekologie (31-162)
Program studia:
Ekologie (P1514)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
3. 2. 2020
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Informace o neveřejnosti:
Zveřejnění přílohy práce bylo odloženo do 3.2.2023
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
Abstrakt Sněžné řasy způsobují zabarvení sněhu v pomalu tajících sněhových polích v horských a polárních oblastech. Přestože jsou vynikajícími modely pro studium života v extrémně chladném prostředí, naše dosavadní porozumění taxonomické rozmanitosti, geografického rozšíření a rozmanitosti fyziologických strategií sněžných řas v přizpůsobení se jejich drsnému prostředí jsou pouze částečná. Tato práce se věnuje zeleným řasám z řádu Chlamydomonadales a v jednom případě zlativkám z řádu Hibberdiales. V práci byl použit integrativní přístup k charakterizaci druhů včetně sekvenování několika molekulárních markerů (18S rDNA, ITS2 rDNA, rbcL) za účelem odhalení genotypu a odvození fylogenetické příbuznosti druhů. Pomocí světelné a elektronové mikroskopie byly popsány detailní struktury povrchu buněčné stěny a vnitrobuněčného uspořádání. Kromě toho byly sledovány profily mastných kyselin a pigmentů, aby se získal nový pohled na úpravu metabolických drah těchto řas. Rychlá měření světelných křivek byla použita pro odhad světelných preferencí fotosystému II. Bylo prokázáno, že jedna z hlavních řas způsobujících fenomén červeného sněhu je monofyletická linie v rámci skupiny Chlamydomonadales (článek I), byl popsán nový rod Sanguina se dvěma blízce příbuznými druhy S. nivaloides a S. aurantia. Pomocí molekulárních metod bylo prokázáno celosvětové rozšíření druhu S. nivaloides v polárních a alpských oblastech. Za druhé, fyziologie druhu Sanguina nivaloides byla porovnána s dalším druhem tvořícím červené zabarvení sněhu (Chlainomonas sp.), který se vyskytuje na povrchu ledové pokrývky vysokohorských jezer: prvně jmenovaný druh vykazoval vysokou fotofyziologickou plasticitu a měl výrazně nižší obsah polynenasycených mastných kyselin (článek II). Dále byl popsán nový druh Chloromonas (C.) hindakii způsobující oranžově zbarvený sníh (článek III). Populace tohoto druhu byly nalezeny na širokém gradientu nadmořské výšky, byly zkoumány světelné preference terénních cyst a laboratorního kmene, výsledky dokládají vysokou míru přizpůsobení fotosyntézy různým světelným podmínkám v rámci druhu. V další studii byl starý druh Scotiella tatrae převeden na C. nivalis a redukován na poddruh C. nivalis subsp. tatrae (článek IV), který pravděpodobně představuje variantu běžného druhu kryoflóry s výraznou morfologií buněčné stěny. Poddruh je doposud známý pouze z Vysokých Tater (Slovensko/Polsko). Dále, termín Scotiella cryophila je považován pro označení nepohlavní cysty C. rosae var. psychrofila; práce ukázala, že cysty z rakouských Alp identifikovatelné jako S. cryophila byly překvapivě fylogeneticky oddělené od typového kmene C. rosae var. psychrophila ze Severní Ameriky, a proto pravděpodobně představují nový druh (článek V). Byly popsány dva nové druhy zlativek: Kremastochrysopsis austriaca tvořící žluté zabarvení sněhu a K. americana z tůně (článek VI). V další studii jsme vyhodnotili použití ʿhigh-throughputʾ amplikonového sekvenování pro charakterizaci společenstev sněhových řas. Pracovní postup pro takto zaměřené studie jsme optimalizovali s cílem zpřesnit výsledky analýzy biologické rozmanitosti (článek VII). Kmen řasy C. reticulata izolovaný z červeného sněhu vykazoval řadu neobvyklých fyziologických vlastností: rostl v širokém rozmezí teplot a byla zaznamenána vysoká rychlost přenosu elektronů mezi chinonem QA a QB, v thylakoidních membránách chloroplastů převažoval fosfatidylglycerol (článek VIII). První lipidomická studie sněžných řas ukázala, že sněžné řasy rodu Chloromonas akumulovaly rozmanité triacylglyceroly s řetězci mastných kyselin v různých steoreospecifických pozicích (článek IX). Ramanova spektroskopie byla použita pro detekci a interpretaci karotenoidů rozmanitých společenstev sněžných řas (článek X). Předkládaná práce přispívá pochopení taxonomické rozmanitosti mikroskopických řas v podmínkách sněhových polí horských a polárních oblastí. Ukazuje se, že biodiverzita těchto extrémních prostředí je nedostatečně prozkoumaná a poskytuje nový pohled na biogeografii sněžných řas. Výsledky dále odráží druhově charakteristickou změnu různých metabolických profilů a fotosyntézy v proměnlivém prostředí sněhu.
Abstract v angličtině:
Abstract Snow algae cause blooms in slowly melting snowfields in mountain and polar regions. Although they are excellent models for the study of life in extremely cold environments, their taxonomical diversity, geographical distribution and variety of physiological strategies used to cope with their harsh environment are only partially understood. This work was focused on green algae from the order Chlamydomonadales and in one case on golden algae from the order Hibberdiales. An integrative approach was applied to characterise species, including the sequencing of several molecular markers (18S rDNA, ITS2 rDNA, rbcL) to reveal genotypes and infer phylogenetic positions. Light and electron microscopy were conducted to describe the detailed structure of cell wall surfaces and intracellular compartments. Moreover, fatty acid and pigment profiling were carried out to provide new insights into the adjustments of metabolic pathways in these algae. Rapid light curve measurements were used as a proxy of light preferences of photosystem II. Firstly, one of the main algae responsible for causing the phenomenon of red snow was shown to represent a single, monophyletic lineage, independent from other algae within the Chlamydomonadales (paper I). Therefore, the new genus Sanguina (S.) was described, with two closely-related species, S. nivaloides and S. aurantia. Using molecular methods, a cosmopolitan distribution of S. nivaloides in polar and alpine regions was demonstrated. Secondly, the physiology of Sanguina nivaloides was compared to another red snow forming species (Chlainomonas sp.) thriving at ice-covered high alpine lakes, the former exhibited high photophysiological plasticity and had significantly lower polyunsaturated fatty content (paper II). Furthermore, a new species Chloromonas (C.) hindakii causing orange snow blooms was described (paper III). Multiple populations were collected over a wide altitudinal gradient, and the exploration of light preferences of field samples and a laboratory strain showed a high intraspecific ability to adapt their photosynthesis to different light conditions. Additionally, the old taxon Scotiella tatrae was transferred to C. nivalis and reduced to a subspecies as C. nivalis subsp. tatrae (paper IV), likely representing a variation of a common cryoflora species with distinct cell wall morphology until now known only from the Tatra Mts (Slovakia/Poland). Next, Scotiella cryophila is considered to be the asexual cyst of C. rosae var. psychrophila; however, field-collected cysts identifiable as S. cryophila originating from the Austrian Alps were phylogenetically separated from the authentic strain of C. rosae var. psychrophila from North America and thus probably represent a new species (paper V). Two new species of golden algae were described; Kremastochrysopsis austriaca causing yellow snow, and K. americana from a pond (paper VI). The application of high throughput amplicon sequencing was evaluated for the characterization of snow algal communities. An optimized workflow was proposed for such projects to assist in accurate biodiversity analyses (paper VII). A strain of C. reticulata isolated from red snow exhibited a range of unusual physiological characteristics: invariant high growth over a broad range of temperatures, high electron transfer rates between the quinon QA and QB, and the dominance of phosphatidylglycerol in thylakoid membranes in its chloroplasts (paper VIII). In the first lipidomic study of snow algae (paper IX), Chloromonas snow species accumulated various triacylglycerols with fatty acid chains in various stereospecific positions. Raman spectra of carotenoids of various snow algae communities were detected and interpreted (paper X). The presented thesis contributes to our understanding of the taxonomical and physiological diversity of microalgae in mountain and polar snow fields. It shows that the biodiversity of these extreme environments is underestimated, and provides new insights into the biogeography of snow algae. Furthermore, the results reflect the species-specific dynamic nature of responses of metabolic profiles and photosynthesis in the changeable snow environment.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Lenka Procházková 1.61 MB
Stáhnout Příloha k práci Mgr. Lenka Procházková 50.5 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Lenka Procházková 145 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Lenka Procházková 128 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Lenka Procházková 304 kB
Stáhnout Posudek oponenta prof. Ulf Karsten, Dr. 165 kB
Stáhnout Posudek oponenta prof. Ronald Hoham 112 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby doc. RNDr. Adam Petrusek, Ph.D. 154 kB