Otimização de metodologias quimiotaxonómicas aplicadas ao estudo das comunidades de fitoplâncton

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Cruz, Joana Patrícia de Cabral Figueiredo Rodrigues da
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/39935
Resumo: Tese de mestrado, Ecologia Marinha, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2019
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spelling Otimização de metodologias quimiotaxonómicas aplicadas ao estudo das comunidades de fitoplânctonFitoplânctonQuimiotaxonomiaHPLC-CHEMTAXCulturasPigmentosTeses de mestrado - 2019Departamento de Biologia AnimalTese de mestrado, Ecologia Marinha, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2019As comunidades fitoplanctónicas são os principais produtores primários marinhos e têm um papel fundamental na remoção de CO2 da atmosfera. Estando na base da maioria das cadeias tróficas marinhas, fornecem cerca de 50% do carbono orgânico global. Neste contexto, é fundamental avaliar a estrutura da comunidade fitoplanctónica, uma vez que uma mudança na sua composição pode ter implicações significativas nas relações tróficas. Além disso, mudanças relacionadas com o clima, como mudanças de temperatura e salinidade, também podem afetar a estrutura da comunidade. De uma forma geral, diversas metodologias têm sido utilizadas para avaliar a composição da comunidade de fitoplâncton, e.g. análises por microscopia e análises moleculares. Além de outras limitações, a microscopia não é apropriada para identificar e quantificar grupos compostos por pequenas células (pico e nano-fitoplâncton) e a análise molecular é geralmente dispendiosa, e de difícil interpretação devido à multiespecificidade das comunidades (quando se analisam amostras naturais desconhecidas). Este estudo está focado na quimiotaxonomia baseada em pigmentos, i.e. a classificação de organismos através da análise de pigmentos quantificados através de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC). A classificação é realizada utilizando um método de fatorização matricial, denominado CHEMTAX. Este método baseia-se no uso de rácios entre pigmentos (utilizados como biomarcadores de diferentes grupos fitoplantónicos) e clorofila a (Chl a; que é considerado um proxy de biomassa fitoplanctónica) para reconstruir a composição da comunidade. Para tal, é necessário o conhecimento prévio dos rácios de pigmento:Chl a, para cada grupo. Estes rácios devem ser ajustados à área de estudo, uma vez que estas proporções variam de acordo com as espécies existentes e as condições ambientais, como luz e nutrientes. Os rácios aplicados são normalmente obtidos da literatura disponível. A definição dos grupos baseia-se numa avaliação da base de dados de pigmentos, especialmente na presença de pigmentos diagnosticantes e quando possível em dados de microscopia. Assim, é possível que algumas decisões tomadas pelo operador possam afetar os resultados obtidos por esta metodologia. O objetivo deste estudo foi o de otimizar as metodologias quimiotaxonómicas para a caracterização das comunidades fitoplanctónicas aplicando esta técnica a condições conhecidas. Para tal, foi utilizada a composição de pigmentos de monoculturas para determinar os rácios iniciais e foram elaboradas misturas com base nessas mesmas monoculturas para avaliar a precisão da aplicação do CHEMTAX na reconstrução da composição das misturas. Testaram-se os impactos de variações: i) nos grupos; ii) nos pigmentos; e iii) na origem dos rácios a introduzir na matriz inicial; e iv) na abordagem, isto é, na forma de processamento dos resultados iniciais do CHEMTAX para a obtenção de resultados otimizados. Os resultados evidenciam a existência de algumas diferenças entre os testes, sendo que aquilo que provoca maiores diferenças nos resultados é a escolha dos grupos e a utilização de pigmentos minoritários na análise. A análise dos resultados permitiu ainda a obtenção de uma lista de recomendações para um uso otimizado da análise HPLC-CHEMTAX. Recomenda-se que sejam feitos esforços na determinação dos grupos constituintes de amostras naturais e obtenção de pigmentos minoritários presentes na amostra, não sendo necessário recorrer ao cultivo de espécies para obter rácios de pigmentos, uma vez que os obtidos na literatura, desde que bem selecionados, traduzem-se em bons resultados quando combinados com uma abordagem que utilize corridas sucessivas.Phytoplankton communities are the main marine primary producers and have a key role in removing CO2 from the atmosphere. They form the base of most marine trophic chains, supplying about 50% of the global organic carbon. In this context, it is key to assess the structure of the phytoplankton community, given that a change in its composition may have significant implications in the trophic relationships. Moreover, climate-related changes, such as variations in temperature and salinity, are also likely to affect the structure of the community. Several approaches have been used to evaluate the composition of the phytoplankton community, from microscopy analyses to molecular analyses. Apart from other limitations, microscopy is not appropriate for identifying and quantifying groups composed of small cells (pico- and nano-phytoplankton) and molecular analysis is costly and still has restrictions in terms of community screening (when analysing unknown field samples). This study is focused on pigment-based chemotaxonomy, i.e. the classification of organisms based on pigments measured through High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The classification is performed using a matrix factorization method, named CHEMTAX. This method relies on the use of ratios between the accessory pigments (used as biomarkers for different phytoplankton groups) and chlorophyll a (Chl a; index of phytoplankton biomass) to reconstruct the community composition. This requires a priori knowledge on the pigment:Chl a ratios for each group. These ratios should be adjusted to the study area, given that these vary according to the existing species and the environmental conditions, such as light and nutrients. The ratios applied are commonly retrieved from the available literature. The number of groups are assessed based on the user evaluation of the pigment information and results from microscopy, when these are available. Therefore, a few approximations made by the operator can affect the results obtained by this technique. The aim of this study was to optimize the chemotaxonomic methodologies for the characterization of the phytoplankton communities applying this technique to known conditions. That is, by using monocultures pigment composition to determine the input ratios; and mixtures of the same cultures to assess CHEMTAX accuracy in reconstructing the mixtures composition. This way, impacts of varying the number of pigments and groups incorporated in the input matrix, and the origin of the ratios to be introduced in the input matrix (literature vs cultures) and the approach to be applied in order to obtain the results could be evaluated. Analyses of these outputs indicated that there were little differences between variations, and that biggest variations were induced by grouping and the usage of minority pigments in the analysis. Results also allowed to establish a list of recommendations for the optimized usage of the HPLC-CHEMTAX method. Namely, the importance of the determination of the phytoplankton groups and the assessment of the minoritary pigments present in the samples, that ratios obtained from the literature, if well selected, make the cultivation of the species unnecessary, if combined with an approach that uses successive runs.Brito, Ana Cristina Florindo deMendes, Carlos Rafael Borges, 1979-Repositório da Universidade de LisboaCruz, Joana Patrícia de Cabral Figueiredo Rodrigues da2019-10-23T14:38:58Z201920192019-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/39935TID:202292258porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:38:57Zoai:repositorio.ul.pt:10451/39935Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:53:42.367137Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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