Metagenome-Assembled Genome Sequences of Raphidiopsis raciborskii and Planktothrix agardhii from a Cyanobacterial Bloom in Kissena Lake, New York, USA

ABSTRACT Raphidiopsis raciborskii and Planktothrix agardhii are filamentous, potentially toxin-producing cyanobacteria that form nuisance blooms in fresh waters. Here, we report high-quality metagenome-assembled genome sequences of R. raciborskii and P. agardhii collected from a bloom in Kissena Lake, New York.

СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЛАНКТОННЫХ СООБЩЕСТВ В ВОЛЖСКО-КАМСКОМ ПЛЕСЕ КУЙБЫШЕВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

В статье представлены результаты изучения сезонной динамики численно-сти и биомассы фито- и зоопланктона в Мешинском заливе Куйбышевского водо-хранилища по данным 2019 г. и проанализированы особенности их распределения на мелко- и глубоководном участках. Фитопланктон включал 153 таксона из восьми групп, основу видового разнообразия формировали зеленые и диатомовые водоросли. Средняя численность микроводорослей за исследуемый период составила 3700 млн. кл/м3, а биомасса – 3,65 г/м3. Наибольший вклад в суммарные показатели микроводорослей на всех станциях вносила синезеленая Planktothrix agardhii (Gomont) Anagnostidis & Komárek, 1988. Фауна зоопланктона включала 65 видов, среди которых наиболее разнообразно были представлены коловратки. Количественные показатели зоопланктона по численности составили 343,4 тыс. экз./м3, по биомассе – 1,56 г/м3. На мелко- и глубоководном участках по численности доминировали Rotifera, а основу биомассы формировали Crustacea. В результате мониторинговых исследований в заливе выявлено наличие двух пиков численности и биомассы для фитопланктона в весенний (май) и осенний (сентябрь) периоды, тогда как развитие количественных показателей зоопланктона характеризовалось только одним пиком – весной (в мае). В течение всего периода исследования в прибрежной зоне Мешинского залива уровень численности и биомассы фито- и зоопланктона был гораздо выше, чем на глубоководном участке. Характер сезонной динамики развития планктонных сообществ в районе исследования имел схожую картину как по заливу в целом, так и отдельно по участкам. Максимальная сопряженность варьирования численности фитопланктона и зоопланктона отмечалась в глубоководной зоне, а биомассы – в прибрежной.

Isolation and Characterization of Rhizophydiales sp. (Chytridiomycota), Obligate Parasite of Planktothrix agardhii in a Laurentian Great Lakes Embayment

Planktothrix agardhii dominates the cyanobacterial harmful algal bloom community in Sandusky Bay, Lake Erie (USA) from May through September. This filamentous cyanobacterium is host to a known obligate parasite; the chytrid Rhizophydium sp. During the 2018 bloom season, by utilizing dilution and single filament isolation techniques, 7 chytrid and 12 P. agardhii strains were isolated from Sandusky Bay. These 7 chytrids and a selection of P. agardhii hosts were then characterized with respect to infection rates. Infections by the isolated chytrids were specific to Planktothrix planktonic species and were not found on other filamentous cyanobacterial taxa present in the bay (Aphanizomenon sp. and Cuspidothrix sp.). Even among the potential P. agardhii host strains, individual chytrid isolates had different degrees of infectivity and showed preference for different host isolates, suggesting possible ecological partitioning even within the same sample population. Examining mechanisms of chytrid pathogenesis, the zoospores displayed a swarming pattern to attack and fracture the host filament and create new infection sites at the trichome termini. Infections by these parasitic chytrids also led to a release of intracellular microcystin toxins from the hosts. Additionally, infections were dependent on media type, highlighting the importance of media choice on experimental outcomes. Media in which chytrid swarming was observed closely matched the ionic strength of the natural environment. Understanding pathogenesis by fungal parasites will assist future efforts aimed at determining environmental factors favoring loss mechanisms for Planktothrix agardhii-dominated blooms. IMPORTANCE Whereas many studies have focused on the factors contributing to the establishment and persistence of cyanobacterial harmful algal blooms (cHABs), few studies have examined bloom pathogenesis. Chytrid fungi infect cyanobacteria and stimulate food web interactions through manipulation of previously hard to digest filaments and the release of nutrients to support heterotrophic microbes. Specifically, chytrids infective on filamentous Planktothrix agardhii exhibit a species-specific infection that fragments trichomes into shorter units that can be consumed more easily by grazers. Chytrid zoospores also serve as a high-quality food source for the lower food web. Understanding host-pathogen relationships and mechanisms of pathogenesis on cyanobacteria will be necessary to effectively model the ecology of cHABs.

The Effects of Cyanobacterial Bloom Extracts on the Biomass, Chl-a, MC and Other Oligopeptides Contents in a Natural Planktothrix agardhii Population

Blooms of the cyanobacterium Planktothrix agardhii are common in shallow, eutrophic freshwaters. P. agardhii may produce hepatotoxic microcystins (MCs) and many other bioactive secondary metabolites belonging mostly to non-ribosomal oligopeptides. The aim of this work was to study the effects of two extracts (Pa-A and Pa-B) of P. agardhii-predominated bloom samples with different oligopeptide profiles and high concentration of biogenic compounds on another natural P. agardhii population. We hypothesised that the P. agardhii biomass and content of oligopeptides in P. agardhii is shaped in a different manner by diverse mixtures of metabolites of different P. agardhii-dominated cyanobacterial assemblages. For this purpose, the biomass, chlorophyll a and oligopeptides content in the treated P. agardhii were measured. Seven-day microcosm experiments with four concentrations of the extracts Pa-A and Pa-B were carried out. Generally, aeruginosins (AERs), cyanopeptolins (CPs) and anabaenopeptins (APs) were the most numerous peptides; however, only 16% of them were common for both extracts. The addition of the extracts resulted in similar effects on P. agardhii: an increase in biomass, Chl-a and MC content in the exposed P. agardhii as well as changes in its oligopeptide profile were observed. MCs present in the extracts did not inhibit accumulation of P. agardhii biomass, and did not have any negative effect on MC and Chl-a content. No evidence for bioaccumulation of dissolved peptides in the P. agardhii exposed was found. As the two tested extracts differed considerably in oligopeptide composition, but contained similar high concentrations of nutrients, it seems that biogenic compounds, not oligopeptides themselves, positively influenced the mixed natural P. agardhii population.

Dynamics of an autumn phytoplankton bloom in a hypereutrophic urban lake in the semiarid Pampean region (Argentina)

Dinámica de un florecimiento algal otoñal en un lago hipereutrófico urbano de la región pampeana semiárida (Argentina). En este trabajo, se reporta un raro florecimiento fitoplanctónico otoñal en un lago somero de la región semiárida pampeana (Argentina). La biomasa fitoplanctónica presentó un solo pico otoñal, seguido dos meses más tarde por un pico en la clorofila. El pico de biomasa coincidió con un débil pastoreo sobre la comunidad fitoplanctónica (dominada por la poco pastoreada Planktothrix agardhii (Gomont) Anagnostidis et Komárek) junto con una reducción de la limitación por N en el otoño. El pico de clorofila ocurrió cuando las algas aumentaron su contenido de clorofila probablemente debido a la reducción de la radiación solar y la baja transparencia del agua. Esto indicará que la estacionalidad del fitoplancton en esta área particular depende de múltiples factores bióticos y abióticos. In this paper we report a rare autumm phytoplankton bloom in a shallow lake of the semiarid Pampean area of Argentina. Phytoplankton biomass peaked only once during the autumn, followed 2 months later by a chlorophyll peak. The biomass peak might have been the result of a weak grazing pressure on the phytoplankton community (dominated by the nongrazeable Planktothrix agardhii (Gomont) Anagnostidis et Komárek) coupled with a reduction in the N-limitation towards the autumm. The chlorophyll peak took place when phytoplankton cells increased their chlorophyll content probably due to a reduction of solar irradiance and low water transparency. This findings indicate that phytoplankton seasonality in this particular area may depend on multiple biotic and abiotic factors.

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОЗЕРА КАРПОВСКОГО В 2019 Г.

Озеро Карповское относится к категории малых водоемов Калининграда, активно используемых в рекреационных целях. Малые водоемы наиболее уязвимы к загрязнениям и в течение короткого периода времени могут утрачивать способность к самоочищению. Цель данной работы – оценка экологического состояния оз. Карповского по гидрохимическим, гидрологическим, микробиологическим и гидробиологическим параметрам. Гидрохимические показатели озера, за исключением содержания железа, соответствовали значениям рыбохозяйственных нормативов. Превышение нормативов по содержанию общего железа в водоеме характерно для поверхностных вод Калининградской области. Количество сапрофитных бактерий в воде увеличивалось к летне-осеннему сезону, что связано с повышением температуры воды летом в среднем до 22–26 °С и усилением деструктивных процессов в осенний сезон. В бактериопланктоне оз. Карповского преобладали аэробные бактерии, развитие которых определялось наличием в воде легкодоступного органического вещества, достаточного количества кислорода, благоприятного pH среды. Патогенных бактерий, опасных для здоровья человека, в микрофлоре воды не обнаруживали. Альгофлора озера по таксономическим показателям характеризовалась как «зелено-эвгленово-диатомово-синезеленая», что характерно для многих урбанизированных водоемов. В количественном отношении преобладали водоросли из отдела Cyanoprokaryota при доминировании Limnothrix redekei и Planktothrix agardhii. Вегетация водорослей в течение всего периода способствовала поддержанию стабильно высокого содержания кислорода и, возможно, оказывала влияние на снижение содержания биогенных элементов в воде. Результаты проведенного комплексного анализа показали, что оз. Карпов-ское относится к водоемам β-мезосапробной зоны – это соответствует эвтрофному уровню.

Sodium and nitrate favor the steady state of cyanobacteria in a semiarid ecosystem

This study characterized steady state events (SS) in a semiarid reservoir (Brazil) dominated by cyanobacteria for 130 weeks, and evaluated the influence of different abiotic variables on their occurrence. It was hypothesized that, in semiarid reservoirs, steady state events are independent from seasonality and influenced by high nutrient concentrations, and steady state periods show low variation of species. Our data revealed the occurrence of SS events in both the dry and wet seasons. Higher concentrations of nitrate and sodium together with higher values of color favored the development of SS. Species composing the SS dominated by Microcystis aeruginosa (Kützing) Kützing was correlated with higher sulfate concentrations, while higher values of turbidity and sodium concentrations favored the SS of Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenaya and Suba Raju and Planktothrix agardhii (Gomont) Anagnostidis and Komárek. The results supported the hypothesis and showed the importance of variables rarely evaluated in works of this nature, such as sodium and sulfate in SS establishment of cyanobacteria.