ESTUDOS MOLECULARES EM ALGAS: PROBLEMAS E SOLUÇÕES

Mariana C. Oliveira

Botânica - IB – USP

[email protected]

A flora marinha da costa Brasileira: diversidade, ameaças e uso sustentável

AMBIENTES MARINHOS E COSTEIROS

Costa do Brasil x Diversidade

Algas: micro e macroalgas

Angiospermas marinhas

Ameaças Uso sustentável

Estudos de biodiversidades: exemplos

Diversidade de ambientes costeiros:

-praias-costões rochosos-recifes-bancos de algas-estuários e lagunas-mangues, marismas eapicuns (“salt marshes”)-dunas e restingas

D. Rybock

~ 8000 Km de

extensão

Woese (1983): três domínios

SSU rDNA

?Vírus?

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/Phylogenetic_tree.svg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/Phylogenetic_tree.svg

Baldauf, 2008

Diversidade de células com núcleo (Eucariotas)

Biodiversidade Marinha• Mora et al 2011: ~2,2 milhões espécies marinhas,

das quais, apenas ~9% foram descritas.

• “Crise da Biodiversidade”: altas taxas de extinção induzidas pelo homem: sobrepesca, poluição, aquecimento global e acidificação, organismos invasores etc.

Ameaças: urbanização

Scherner et al. 2013: urbanização leva a perda significativa de biodiversidade de

algas e a alterações nas comunidades (4 localidades na costa brasileira)

Biodiversidade Marinha• Mora et al 2011: ~2,2 milhões espécies marinhas,

das quais, apenas ~9% foram descritas.

• “Crise da Biodiversidade”: altas taxas de extinção induzidas pelo homem: sobrepesca, poluição, aquecimento global e acidificação, organismos invasores etc.

• “Impedimento Taxonômico” Carbayo & Marques, 2011: ~360 anos e ~263 bi USD para os animais apenas

Desafio enorme!

Por que estudar a biodiversidade das algas?

Fornecem importantes serviços ecossistêmicos:

- produtores primários chave (~ 50% da produção de O2)

- microalgas planctônicas são fundamentais nos ciclos geoquímicos globais

- macroalgas são as espécies dominantes em regiões costeiras, onde sustentam uma ampla gama de organismos marinhos

- são um recurso econômico que está sendo cada vez mais explorado e domesticado

Alimentação humana

Pyropia spp. (“nori”)

Japão, 3 bi USD/ano

hidrocolóides

(agar/agarose,

carrageenanas, alginatos) ex.

Gracilaria

biotecnologia, alimentos,

tintas, farmaceutica, etc.

Importância econômica

Coleta de algas em Trairi, CE (ECO)

Kapaphycus

Saco Mamanguá, RJ

Associação das Maricultoras de Algas de Rio do Fogo (Amar)

• Diversidade filogenética e fisiológica

alvos para aplicações biotecnológicas, seja como biomassa para a produção de biocombustível ou como fonte de novas biomoléculas com diversas aplicações.

Por que estudar a biodiversidade das algas?

Tanque de cultivo de microalgas, planta piloto para produção de

biodiesel em Extremoz / RN. (Foto: Petrobras)

Cianobactérias 164Rodofíceas 455Prasinofíceas 2Ulvofíceas 223Euglenofíceas 6Dinofíceas 296Diatomáceas 653Rafidofíceas 2Feofíceas 92Primnesiofíceas 27

1920

Lista do Brasil 2010: macro e microalgas marinhas

Microalgas marinhas

Diversos grupos filogenéticos

• Diatomáceas

• Dinoflagelados

• cianobactérias

• Outros grupos

• fitoplâncton

• Epífitas

• Bentônicas

• Simbiontes (corais, ascídias etc.)

Fotos: D. TenenbaumDiatomáceas

Dinoflagelados

Gymnodinim uncatenum/instriatumCultivo (Baia de Guanabara, RJ)Foto: Suema Branco (MN/UFRJ)

20 µm

Alexandrium minutumFloração Praia do Leme (RJ)Foto: Mariângela Menenezes (MN/UFRJ)

Fotos: D. Tenenbaum

marés vermelhas ou florações

A combinação de vários fatores podem iniciar um evento

de maré vermelha: ventos e correntes, nutrientes,

temperatura, salinidade, luz etc.


Tetraselmis sp B. Camboriú-SC (Foto: Thatina O. Pinto)


Aumento dramático do número de eventos

no mundo todo

Dinophysis: Ácido Okadáico

Potentes inibidores de fosfatases,

diarréia-DSP

Evento em SC (2008) afetou os

cultivos de ostras e mexilhões.

Macroalgas marinhasFoto: EC Oliveira

Fotos: EC Oliveira

Fotos: EC Oliveira

Fotos: EC Oliveira

Costões rochosos

ECO-Ponta da Fruta ES

Mangues e estuários

Ocorrência dos manguezais na costa brasileira. Schaeffer-Novelli et al. (1990)

04°30’N - Rio Oiapoque-AP

28°30’N - Laguna-SC

Distribuição dos manguezais no Brasil

F. Sena

Um dos sistemas

costeiros mais

ameaçados no país.

Avicennia Laguncularia Rhizophora

Mangue-preto Mangue-branco Mangue-vermelho

Fotos: F. Sena

Mangues no Brasil: ~ 1 milhão de m2

Giri et al. (2010)

Fotos: F. Sena

Caloglossa leprieurii

Catenella caespitosa

Pradarias de Rupia

(Angiosperma marinha)

Foto: M. Copertino,

Lagoa dos Patos -RS

Pradarias de Angiospermas marinhas

Halodule Halophyla Ruppia maritima

Tartaruga verde, Abrolhos Foto: ©Luciano Candisani

Fotos: J. Creed Foto: M. Copertino

Bancos de rodolitosFoster 2001, Berchez et al. 2009

Fotos: P. Horta

Bancos de rodolitos

Amado et al 2012: Brasil tem os maiores e mais contínuos

bancos de algas calcáreas (equivalente a área da Grande

Barreira de Corais, Austrália). O banco de Abrolhos tem

cerca de 20,900 km2.

Potencialmente representam um dos principais depósitos

marinhos de CaCO3 no mundo, estimado em of 2x1011

tons de CaCO3

ECO-Porto Galinhas PE

Recifes

http://www.tamar.org.br

Recifes / Atol das Rocas

Como estudar a biodiversidade das algas?

• Mapear a biodiversidade, é muito mais do que simplesmente registrar o número de espécies presentes em uma determinada região. É necessário documentar a ocorrência de espécies, estabelecendo suas abundâncias, bem como as diferenças genéticas entre as populações (Tenenbaum, 2002).

Como estudar a biodiversidade das algas?

Regional x global

Bases de dados

SinBiota: http://sinbiota.biota.org.br/

Lista de Espécies da Flora do Brasil

Algaebase: http://www.algaebase.org/

http://sinbiota.biota.org.br/

http://reflora.jbrj.gov.br/jabot/listaBrasil/br/gov/jbrj/jabot/web/listaBrasil/taxa/consultarPublico/bem-vindo-consulta-publica.jsp

http://www.algaebase.org/

http://reflora.jbrj.gov.br/jabot/listaBrasil/PrincipalUC/PrincipalUC.do?lingua=pt

http://reflora.jbrj.gov.br/jabot/listaBrasil/PrincipalUC/PrincipalUC.do?lingua=pt

http://www.biota.org.br/

http://www.biota.org.br/



DNA Barcoding - Código de barras de DNA

• sistema prático e uniforme para identificação de espécies (escala global).

http://www.boldsystems.org/

DNA Barcoding - Aplicações

- pode ser usado mesmo quando as técnicas tradicionais não são viáveis: estado juvenil (≠ fases do ciclo de vida); fragmentos (ex. conteúdo estomacal); ausência de estruturas reprodutivas.

- levantamentos de biodiversidade e em conservação (rapidez e acurácia).

Chondracanthussaundersii

Ulva sp

Cyanobacteria

F. Nauer

Estudo das interações ecológicas

DNA Barcoding - Aplicações

- Aplicações comerciais e biopirataria,

- Interações ecológicas

- Detecção de espécies exóticas e invasoras,

- Biogeografia,

- Permite a detecção de espécies crípticas.

- Reforça o valor das coleções biológicas e bancos de dados!!!

- um dos objetivos dos projetos de “barcoding” é agilizar o descobrimento de novas espécies

PROJETO TEMÁTICO

Diversidade das macroalgas vermelhas (Rhodophyta) do Estado de São Paulo baseada em “barcoding”, morfologia e distribuição geográfica (RHODO-SP)

IB-USP, I. Botânica, UNESP-São José do Rio Preto

• Silvia M. P. B. Guimarães (IBt)

• Eurico Cabral de Oliveira (USP, UFSC)

• Maria Beatriz B. de Barros Barreto (UFRJ)

• Daniela Milstein (USP)

• Auro Silva Garcia Filho (UNESP)

• Beatriz Torrano Silva (USP)

• Carolina Azevedo (USP)

• Cecília H. Kano (IBt)

• Cecilia M. Ishida (IBt)

• Cintia Iha (USP)

• Douglas de Castro Agostinho (UNESP)

• Emmanuelle Costa (USP)

• Fabio Nauer (USP)

• Mônica Orlandi Paiano (UNESP)

• Natalia Guimarães (USP)

• Renato Rocha Jorge (IBT)

• Rodrigo Pegorin (IBt)

• Valéria Cassano (USP)

Mariana C Oliveira (USP)Mutue Fujii (IBt) Orlando Necchi Jr (UNESP)

Rhodo-SP

• Objetivo geral: Criar um banco de dados integrando sequências de DNA (“barcodes”) com dados taxonômicos e de distribuição geográfica para espécies de Rhodophyta no estado de São Paulo, incluindo espécies marinhas e continentais.

BrBOL: Rede Brasileira de identificação

molecular da biodiversidade.

Coordenador: Claudio Oliveira (UNESP)

Rede Brasileira de identificação molecular de

organismos marinhos

Coordenadora: Mariana C Oliveira (USP)

http://www.cnpq.br/index.htm

http://www.cnpq.br/index.htm

cox1

UPA

D. Milstein

A. Medeiros

E.C. Oliveira

P. vietnamensis

P. tanegashimensis

Hypnea sp. 4

H. spinella

Hypnea sp.1

Hypnea sp.2

H. cervicornis

Hypnea sp.3

H. flexicaulisH. stellulifera

“H. musciformis”

COI - NJ F. Nauer

rbcL/rbcL-SChondria collinsiana Búzios, RJ

Laurencia sp.1 Ilhote de Ubu, ES

Laurencia sp.1 Búzios, RJ

L. intricata Cuba

L. aldingensis Búzios, RJ

L. intricata Pta dos Castelhanos, ES

L. intricata Angra dos Reis, RJ

L. catarinensis, SC

L .intricata Angra dos Reis, RJ

L. intricata Parati, RJ

L. intricata Maracajaú,RN

L. intricata Ilhas Canárias


L. caduciramulosa Ilha Grande, RJ

L. caduciramulosa Angra dos Reis, RJ

L. caduciramulosa Ilhas Canárias


Laurencia sp.3 Ilha Vitória, SP

0.01

Laurencia filiformis BA

L. filiformis Parati, RJ


L. filiformis Búzios, RJ

L. filiformis Angra dos Reis, RJ

L. majuscula Angra dos Reis, RJ

L. majuscula Ilha Grande, RJ



L. arbuscula Búzios, RJ

L. obtusa Búzios, RJ

L.obtusa Ilha de Cabo Frio, RJ

L. arbuscula Arraial do Cabo, RJ

L. arbuscula Rio das Ostras, RJ

*

74/92

78

- / 79

60

*95/-

97

*

100/100

98

89

69/84

*

*

64/96

91

85/-

85

*

79/85

55

73/80

55

L. oliveirana Arraial do Cabo, RJ

L. aldingensis, Ilhote de Ubu, ES

Palisada papillosa México (Pacífico)

P. perforata Ilhas Canárias

P. papillosa Ilhas Canárias

P. perforata Parati, RJ


P. papillosa Angra dos Reis, RJ

P. papillosa, Rio das Ostras, RJ

P. perfotata Rio das Ostras, RJ

P. flagellifera Rio das Ostras, RJ


Chondrophycus furcatus Tambaú, PB

100/100

78

100/100

94

92

*

98/100

88

86/8885

100/90

cox1

Chondria collinsiana Búzios, RJ

Laurencia sp.2 Ilhote do Ubu, ES

Laurencia sp.1 Búzios, RJ


L. aldingensis Praia Rasa, Búzios, RJ

L. aldingensis Ilhote de Ubu, Anchieta, ES

L. intricata Maracajaú, RN



L. Intricata Ponta dos Castelhanos, ES

L. intricata Parati, RJ






L. caduciramulosa Ilhas Canárias

L. intricata Cuba

L. oliveirana Arraial do Cabo, RJ

5

89/91

79

100/100

81

*


L. majuscula Angra dos Reis, RJ








L. arbuscula Búzios, RJ



L. obtusa Ilha de Cabo Frio, RJ


L. filiformis Lauro de Freitas, BA

99/98

94

100/10090

74

100/98

85/--

100/100

84

88

100/100

90/94

56

63/57

80

P. perforata Ilhas Canárias

P. papillosa Rio das Ostras, RJ

Palisada papillosa México (Pacífico)

P. papillosa Ilhas Canárias

P. papillosa Angra dos Reis, RJ





Chondrophycus furcatus Tambaú, PB

P. perforata Rio das Ostras, RJ100/100

100/100

84

92

100/100

94

7891/98

-88/79

92/ 87-

L. catarinensis Florianópolis, SC

Laurencia sp.3 Ilha Vitória, SP

L. filiformis, BAL. filiformis Parati, RJ



L. filiformis Angra dos Reis, RJL. majuscula Angra dos Reis, RJ


L. filiformis Angra dos Reis, RJL. filiformis Angra dos Reis, RJ

L. arbuscula Búzios, RJL. obtusa Búzios, RJ

L.obtusa Ilha de Cabo Frio, RJ



L. majuscula Ilha Grande, RJL. majuscula Angra dos Reis, RJ

L. filiformis Angra dos Reis, RJL. filiformis Parati, RJ L. filiformis Parati, RJ

L. filiformis Angra dos Reis, RJ L. filiformis Angra dos Reis, RJL. filiformis Angra dos Reis, RJ

L. filiformis Búzios, RJL. arbuscula Búzios, RJ


L. arbuscula Rio das Ostras, RJL. obtusa Ilha de Cabo Frio, RJL. arbuscula Arraial do Cabo, RJ

L. filiformis, BA

Laurencia complex

Cassano et al 2012

Laurencia dendroidea

(localidade tipo: Brasil)

RHODO-SP

• cox1/UPA são eficientes para identificar e delimitar espécies em diferentes grupos de algas vermelhas, corroborando seu uso como “DNA barcode”

• Espécies crípticas estão sendo reveladas na maioria dos grupos estudados.

• Novos táxons, novas ocorrências

• Detecção de plasticidade fenotípica

• Extinções locais (?)

• Espécies exóticas (?)

Obrigada!

Documents

ESTUDOS MOLECULARES EM ALGAS: PROBLEMAS E SOLUÇÕES