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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10451/1613

Title: The haplo-diplontic life cycles of the haptophytes, with major emphazis on the eco-physiology of Emiliania huxleyi
Authors: Frada, Miguel José Dias Barbosa da, 1979-
Advisor: Vargas, Colomban de
Cachão, Mário A. P., 1961-
Probert, Ian
Keywords: Ciclo de vida
Haptophytas
Haplo-diplóidia
Diversidade
Ecologia
Fisiologia
Issue Date: 2009
Abstract: Full understanding of the evolution and ecological role of an organism requires comprehension of its life cycle. This thesis focuses on the life cycle of the haptophytes, an ecologically important group of mainly marine microalgae. Present knowledge indicates that this group undergoes a haplo-diplontic sexual life cycle characterized by morphologically distinct haploid and diploid phases, each capable of independent asexual growth. The first part of the thesis was dedicated to investigation of the interaction of the two life cycle phases of the ubiquitous coccolithophore Emiliania huxleyi (Calcihaptophycidae, Haptophyta) with specific viruses (EhVs) and comparison of the ecological dynamics of the two phases of this species in nature. The first study demonstrated that the non-calcified haploid phase of E. huxleyi is resistant to EhVs that infect and kill the calcified diploid phase and are responsible for termination of large scalein situ blooms of diploid cells. These results help explain the evolutionary ecology of both host and virus, i.e. why E. huxleyi diploid cells can concentrate resources on rapid growth and EhVs remain highly virulent and also an ecological role of haploid cells (ensuring maintenance of the species when EhVs are abundant). In a wider context, such host-virus dynamics could account for the maintenance of the sexual life cycle and evolution of different morphologies within a life cycle. For field studies, a new method ( COD-FISH ) was developed combining Fluorescent In Situ Hybridization (FISH) and cross-polarized microscopy, which allows detection of a given species at the genetic level and in parallel characterize morphologically (calcifying vs non-calcifying) the targeted cells. With a species level probe, COD-FISH allows quantification of E. huxleyi life cycle stages with different morphologies in seawater samples. COD-FISH analysis of samples from various marine settings revealed that diploid calcified cells were always numerically dominant, whereas the non-calcified phases (including haploid and diploid cells) were always present as background populations (ca. 5- 40% of total cells) following the same dynamics as the diploid cells. In a series of preliminary laboratory culture experiments in which diploid and haploid cultures were mixed, diploid cells tended to out compete and dominate haploid cells. Synthesis of these studies leads to the conclusion that in nature the diploid phase is probably highly competitive and dominates the haploid phase, the presence of the latter maybe being associated with a high life cycle turnover. This strategy would allow E. huxleyi to rapidly respond to environmental abiotic and biotic stresses, including massive viral infections. In the second part of the thesis, two new life cycle associations in the coccolithophore family Pontosphaeraceae (Calcihaptophycidae, Haptophyta) are presented. These results augment our present knowledge of the diversity of coccolithophore life cycles and further reinforce the current hypothesis that the haplo-diplontic life cycle is ubiquitous among haptophytes. In the last study presented in this thesis, one culture strain of the Pavlovophyceae (Haptophyta) was demonstrated to be diploid. This is the first evidence relating to ploidy level in the Pavlovophyceae, which is a group that diverged early in the history of the Haptophyta. This study therefore provides new insights into the possible origins and early evolution of the haptophyte haplo-diplontic life cycle. Among other perspectives, the final section highlights that development of the COD-FISH method opens an array of new technical possibilities to define more morphological associations and further explore the ecological role of life cycles in calcihaptophytes.
Une compréhension globale de l'évolution et du rôle écologique d'un organisme requiert la connaissance de son cycle de vie. Cette thèse se concentre sur le cycle de vie des haptophytes, un groupe écologiquement important de microalgues, principalement marines. Les connaissances actuelles indiquent que ce groupe effectue un cyle de vie sexuel haplo-diploïde caractérisé par des phases haploïde et diploïde morphologiquement différentes, chacune étant capable d'une croissance par reproduction asexuée produisant des populations indépendantes. La première partie de cette thèse est dédiée à la compréhension de l'interaction des deux phases du cycle de vie du coccolithophore ubiquiste, Emiliania huxleyi (Calcihaptophycidae, Haptophyta) avec ses virus spécifiques (EhV's) ainsi que la comparaison de la dynamique écologique des deux phases dans le millieu naturel. La première étude démontre que la phase haploïde non calcifiée de E. huxleyi est résistante aux EhV's qui infectent et tuent la phase diploïde calcifiée. Ces virus sont également responsables, à grande échelle, de la disparition des blooms des cellules diploïdes. Ces résultats permettent de mieux comprendre l'écologie évolutive de l'hôte et du virus. De plus, ces résultats suggèrent que les interactions hôte-virus permettraient le maintien du cycle de vie sexué et l'évolution des différentes morphologies Dans chacune des deux phases. Pour les etudes écologiques, une nouvelle méthode ( COD-FISH ) a été développée, combinant l'hybridation in situ fluorescente (FISH) et la microscopie polarisée. Cette méthode permet la détection d'une espèce avec une sonde moléculaire et en parallèle, de caractériser morphologiquement les cellules ciblées (calcifiantes ou non-calcifiantes). En utilisant une sonde spécifique pour E. huxleyi, sur des échantillons naturels, on a révélé que les cellules diploïdes calcifiantes sont toujours majoritaites, alors que les phases non calcifiantes (incluant les cellules haploïdes et diploïdes) sont toujours minoritaires (ca. 5-40% des cellules totales). De plus, les deux types de cellules suivent la même dynamique de croissance. Dans une série d'expérience in vitro, dans lesquelles les cellules haploïdes et diploïdes ont été mélangées, les cellules diploïdes se développent plus et prennent le dessus sur les cellules haploïdes. La synthèse de ces études permet de conclure que dans le millieu naturel, la phase diploïde est probablement plus compétitive et domine la phase haploïde. La présence des deux phases s'expliqueraient par une fréquence élevée du cycle de vie. Cette stratégie devrait permettre à E. huxleyi de répondre plus rapidement aux stress biotiques et abiotiques environnementaux, incluant les infections virales massives. Dans la deuxième partie de cette thèse, on présente l'identification de deux associations entre les phases du cycle de vie dans la famille des Pontosphaeraceae (Calcihaptophycidae, Haptophyta). Ces résultats enrichissent nos connaissances sur la diversité des cycles de vie des coccolithophores et renforcent l'hypothèse actuelle que le cycle de vie haplo-diploïde est ubiquitaire au sein des haptophytes. Dans la dernière étude présentée dans ce travail de thèse, on a démontré qu'une souche de la classe des Pavlovophyceae était diploïde. Ces résultats constituent la première mise en évidence du niveau de ploïdie d'une Pavlovophyceae. Ce groupe ayant divergé très tôt dans l'histoire évolutive des haptophytes, ces résultats fournissent de nouvelles pistes sur les origines des cycles de vie haplodiploides des haptophytes. Dans la partie finale du manuscrit, on met en évidence le potentiel de la méthode COD-FISH pour étudier les cycles de vie des coccolithophores.
Description: Tese de doutoramento (em Associação), Ciências do ambiente (Oceanologia biológica, Ciências do Mar), Université Pierre et Marie Curie (Paris VI), Universidade de Lisboa, 2009
URI: http://catalogo.ul.pt/F/?func=item-global&doc_library=ULB01&type=03&doc_number=000557795
http://hdl.handle.net/10451/1613
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