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Molecular microbial eukaryote diversity in five rift valley lakes and description of three ciliates species from lake Bogoria, Kenya

Ong'ondo, Geoffrey Odhiambo

Die molekulare Diversität, Phylogenie und taxonomische Zusammensetzung von Protisten-Gesellschaften aus fünf Rift Valley Seen in Kenia wurden mit klassischer Mikroskopie und der 454 Pyrosequenzierungs-Technik untersucht. Insgesamt erhielt ich 96.555 Amplikons (Durchschnittslänge 250 bp), von denen 33,8% Metazoen und andere Nicht-Zielorganismen waren. Die restlichen eukaryotischen Amplikons wurden taxonomischen Einheiten (operational taxonomic units – OTUs) zugeordnet, die durch den besten Treffer für jedes Amplikon des Basic Local Alignment Search Toolfür Nukleotide (BLAST) in der National Center for Biotechnology Information Datenbank (NCBI) definiert wurden. Die taxonomische Vielfalt der Protisten war hoch und die 18s-rRNA-Amplikons wurden neun hochrangigen taxonomischen Gruppen zugeordnet. Die 746 eingruppierten OTUs hatten eine Übereinstimmung mit den Referenzsequenzen von 97%. Die meisten gefundenen Sequenzen wurden den Alveolata zugeordnet (27,2% der Gesamtsequenzen, zumeist Ciliophora). Weitere taxonomische Gruppen, denen viele Sequenzen zugeordnet wurden, waren: Stramenopiles (14,2%), Fungi (11,2%), Chlorophyta (11,1%) und Cryptophyta (9%). Auch nicht weiter klassifizierte Sequenzen (unclassified environmetal Sequentes – ES) machten mit 13,2% einen größen Teil der Gesamtsequenzen aus. Nach der Analyse über rarefaction ergab sich bei einem Level von je 1000 Einzelsequenzen eine Zuordnung zu 13 bis 148 OTUs pro Probe. Die Diverstität der Protisten zeigte spezifische räumliche Verteilungsmuster in den Seen, die mit vorliegenden Umweltvariablen, insbesondere dem Salzgehalt, korrelierten. Vertiefende Analysen mit dem Fokus auf Ciliaten und Chlorophyta zeigten eine Vielfalt, die durch eine hohe Anzahl von Amplikons in den Süßwasserseen gekennzeichnet war. Des Weiteren führe ich eine taxonomische Beschreibungen der drei Ciliatenspezies (Frontonia alkalina sp. cand., Euplotes endoroisi sp. cand. und Condylostoma bogoriense sp. cand.) aus dem Lake Bogoria basierend auf morphologischen Merkmalen durch. Die vorliegende Arbeit gibt einen breiten Überblick über die molekulare Vielfalt der Protisten-Gesellschaften der fünf untersuchten Seen, die den Bereich von Süßwasser bis mesosalin umfassen (0,3 - 34,1 ‰ Salzgehalt). Sie zeigt die Rift Valley Seen als wichtiges Reservoir eukaryotisch-protistischer Vielfalt und macht deutlich, dass unser Verständnis der Community-Struktur und molekularen Diversität mikrobieller Eukaryoten in diesen tropischen Seen noch begrenzt ist.

The molecular diversity, phylogeny and taxonomic composition of protist communities from five Rift Valley lakes in Kenya were investigated using classical microscopy and 454 pyrosequencing techniques. Overall, I obtained 96,555 amplicons (average length 250 bp) of which 33.8 % were metazoan and other non-target organisms. The remaining eukaryotic protist amplicons were assigned to operational taxonomic units (OTUs) defined by the best match for each amplicon using the Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) of nucleotides from the National Center for Biotechnology Information (NCBI) database. Protistan taxonomic richness was high, and the 18SSU rRNA gene amplicons were assigned to nine high-rank taxa grouped into 746 representative OTUs at 97% similarity to the reference sequences. The most abundant sequences were affiliated to Alveolata (27.2 % of total sequences, mostly Ciliophora). Other abundant sequences were: Stramenopiles (14.2 %), Fungi (11.2 %), Chlorophyta (11.1 %), Cryptophyta (9 %) and 13.2 % unclassified environmental sequences (ES). Following rarefaction to 1000 reads per lake, the amplicons yielded between 13 – 148 OTUs per sample. The protistan diversity exhibited specific spatial distribution patterns in the lakes as a function of the environmental variables, notably salinity. In-depth analyses focussing on ciliates and chlorophytes revealed a diversity characterized by a high number of amplicons in the freshwater lakes. Additionally, I provide here a taxonomic descriptions of three ciliate species (Frontonia alkalina spec. candidatus., Euplotes endoroisi spec. candidatus. and Condylostoma bogoriense spec. candidatus), from Lake Bogoria, based on morphological characters. This work gives a broad overview of the molecular diversity of protistan eukaryotic assemblages from the five lakes spanning a range from freshwater to mesosaline (0.3 – 34.1 ‰ salinity). It unveils the alkaline – saline Rift Valley lakes as an important reservoir of eukaryotic protists diversity and shows that our understanding of the community structure and molecular diversity of microbial eukaryotes in these tropical lakes is still limited.

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Ong'ondo, Geoffrey Odhiambo: Molecular microbial eukaryote diversity in five rift valley lakes and description of three ciliates species from lake Bogoria, Kenya. 2016.

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