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South America: an Invaluable Source of Yeast Diversity Lacking a Specialized Culture Collection Diego Libkind Lab. Microbiología Aplicada y Biotecnología, Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente (INIBIOMA), Universidad Nacional del Comahue CONICET Bariloche, Argentina.

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Page 1: Lab. Microbiología Aplicada y Biotecnología, Instituto … · Microbiología Aplicada y Biotecnología Bariloche ² Patagonia Argentina CONICET Instituto de Investigaciones en Biodiversidad

South America: an Invaluable Source of Yeast

Diversity Lacking a Specialized Culture Collection

Diego Libkind

Lab. Microbiología Aplicada y Biotecnología,

Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente (INIBIOMA), Universidad Nacional del Comahue – CONICET

Bariloche, Argentina.

Page 2: Lab. Microbiología Aplicada y Biotecnología, Instituto … · Microbiología Aplicada y Biotecnología Bariloche ² Patagonia Argentina CONICET Instituto de Investigaciones en Biodiversidad

Presentation overview

Biodiversity

Ecology - photobiology

Contributions from Patagonia (Argentina) to yeast…

Taxonomy

Biotechnology

Biogeography

Survey of Yeast-preserving Culture Collections in South America

Basidiomycetous yeasts

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COUNTRY N° CC With yeasts

Brazil 60 6

Argentina 11 3

Venezuela 3 ni

Colombia 2 1

Chile 1 ni

TOTAL 77 10

Survey: Yeast-preserving Culture Collections in South America

COUNTRY N° CC With yeasts

Argentina 18 6

Brazil 5 1

Venezuela 1 0

Uruguay 2 1

Ecuador 1 1

TOTAL 27 9

AAM 2009 Survey

World Federation for Culture Collections (WFCC) database

Latinoamerican Federation for Culture Collections (FELACC)2009 Survey Organized by the Argentinean Association for Microbiology (AAM)

ni: no information available

Results from both databases differ considerably

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Country Collection Origin N° Yeast strains % Yeast

Brazil UFMG, Belo Horizonte Environ., industrial, other 15000 70

Argentina CRUB, INIBIOMA-UNCo Environ., Type strains 3000 100

Ecuador CLQCA, CNIB Environ., Other 1800 100

Brazil URM, Recife Various 1600 18

Argentina IMR-M Clinic, environ. 1426 57

Argentina EEA, INTA Wine, other 1330 100

Argentina IDEPA-UNCo Wine, cider industries, other 1098 100

Argentina Dmic, Malbran Clinic, environ. 425 23

Argentina CCCE, CEREMIC Clinic, other 402 28

Brazil INCQS, Fiocruz Various 277 28

Argentina CCMFCA Wine industries 211 33

Ecuador Hospital Vozantes Clinic 120 9

Brazil CBMAI Altern. Research Collect. Environ., various 100 5

Brazil UFPEDA; Pernambuco Various 75 13

Argentina LPSC, Spegazzini Inst. International collections 50 5

Brazil IGESALQ, U. Sao Paulo Various 50 6

Brazil IPT, S.P. Various 34 8

Brazil CBMAI Various 30 2.5

Argentina CCM-A, UBA n.a. 21 2

Colombia CMPUJ, Univ. Javeriana Clinic 20 1

Argentina BNM, BsAs various 2 0.5

Sources: 2009 AAM survey/ WFCC database/ Collection´s oficial web site / curator´s personal communication

Survey: Yeast-preserving Culture Collections in South America

WFCC

WFCC

WFCC

WFCC

WFCC

WFCC

WFCC

WFCC

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Country Collection N° Yeast strains Year Describedsp. nov.

Not yet describedsp. nov.

TOTAL sp. nov.

Brasil UFMG, Belo Horizonte 15000 1994 35 50 85

Argentina CRUB, INIBIOMA, Bche. 3000 2002 12 20 32

EcuadorCLQCA, CNIB, Quito

http://www.cnib.com.ec/CLQCA1800 2006 1 15 16

Survey: Yeast-preserving Culture Collections in South America

Universidad

Católica de Quito

Dr. Javier Carvajal

CRUBUNCo

MABBMicrobiología Aplicada

y Biotecnología

Bariloche – Patagonia

Argentina

CONICET

CRUBUNCo

MABBMicrobiología Aplicada

y Biotecnología

Bariloche – Patagonia

Argentina

CONICET Instituto de Investigaciones

en Biodiversidad y Medio ambiente

Dr. Maria de van Broock

Universidade Federal

de Minhas Gerais, ICB

Dr. Carlos Rosa

South America

DPS, Ontario, Canada

Dr. André LachanceNCYC, Norwich, England

Dr. Steven James

CREM, Lisboa, Portugal

Dr. Jose Paulo Sampaio

TOTAL 19800 48 85 133(30-40% ID)

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Taxonomy (basidiomycetes)

Ecology

Biotechnology

Subphylum: Agaricomycotina

(ex. Hymenomycetes Class)

Subphylum: Ustilaginomycotina

(ex. Ustilaginomycetes Class)

Subphylum: Pucciniomycotina

(ex. Urediniomycetes Class)

Bauer et al., 2006. Mycol. Progress

Contributions from Patagonia to yeast… taxonomy (Basidiomycota)

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H. takashimae SEG-5-6 - FN430734

H. takashimae HB982 T - FM246501

H. takashimae VTT C -04546 - FM246503

H. takashimae SEG-9-3 - FN430732

H. takashimae CBS 10506 - FJ473372

H. takashimae VTT C -04547 - FM246504

clone BF-OTU102 - AM901778

H. takashimae CRUB1154 - FM246502

H. takashimae HB 981 - FM246505

H. takashimae DVBPG 4685 - FM882240

H. festucosa VKM Y -2930 T - AY462120

H. mycelialis CBS 7712 T - AF408417

H. nyarrowiiCBS 8805 T - AF400697

H. wattica CBS 9496 T - FJ473373

Holtermannia corniformis CBS 6979 T- AF410472

FilobasidiumglobisporumCBS 7642 T - AF444336

68

56

82

62

76

62

99

0.02

A

B

C

99

Holtermanniales

(ITS)

Contributions from Patagonia to yeast… taxonomy (Agaricomycotina)

Agaricomycotina

(D1/D2)

?HoltermannialesCryptococcus

Wuczkowski et al., IJSEM, In press

New order: Holtermanniales

New genus: Holtermanniella

New species: Holtermannia takashimae

4 new combinations for Cryptococcus species

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Mrakia robertii

Mrakia gelida

Mrakiella niccombsii

Mrakiella aquatica

Tausonia pamirica

Guehomyces pullulans

Itersonilia perplexans

| Udeniomyces pannonicus

| Udeniomyces pseudopyricola

| PR74

PR7

| Cystofilobasidiales yeast

| Mrakia curviuscula

Cryptococcus huempii

Xanthophyllomyces dendrorhous

100

82

100

100

100

74

42

50

100

100

100

35

0.01

Mrakia/Mrakiella(Margesin & Fell, 2008)

Cystofilobasidiales

(D1/D2)

sp. nov. (4 isolates)

Contributions from Patagonia to yeast… taxonomy (Agaricomycotina)

Agaricomycotina

(D1/D2)

?HoltermannialesCryptococcus

Description of new genus/species

Review status of Mrakia curviuscula

New combination for Crypt. huempii

Polyphyletic Cryptococcus restricted to 3

orders: Tremellales, Trichosporonales and

Filobasidiales

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Contributions from Patagonia to yeast… taxonomy (Agaricomycotina)

New species: Holtermannia takashimae

New concept: Ecoclade (Gadanho & Sampaio, 2009) Exclusive combination of

phylogenetic and ecological

characteristics.

pH(1.8-2.7)

Toxic metals

Extreme environments:

Filobasidiales

(D1/D2)

Acidotolerant yeasts and highly

resistant to toxic metals

Volcanic origin

Copahue volcano (Argentina)

(Russo et al., 2010)

Anthropogenic origin

ARD: Acid Rock Drainage

Abandoned mines (Portugal)

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Contributions from Patagonia to yeast… taxonomy (Ecoclade)

New concept: Ecoclade (Gadanho & Sampaio, 2009)

Other example of an Ecoclade:

Psychrophylic yeasts in the

Microbotryomycetes

Origin:

Himalayas and Alps

Margesin et al., 2007

Shvaji et al., 2008

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Contributions from Patagonia to yeast… biogeography

Xanthophyllomyces dendrorhous (Cystofilobasidiales)

AstaxanthinNorth hemisphere

Slime fluxes

South hemisphere

Cyttaria spp., exclusive parasite of Nothofagus trees

Betula, Cornus, Fagus trees

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Ru

ss

ia

Betu

la

Finland

AlaskaJ

ap

an

Alnus

Fagus Japan

Ja

pa

n

Co

rnu

s

Cytt

ari

a

(No

tho

fag

us

)

lake Ilon

Arg

en

tin

a

?

10

Betula papyrifera AF432067

Betula pendula AY352332

Alnus japonica AY352314

Fagus crenata AY232918

Fagus japonica AY232914

Nothofagus dombeyi U96853

Nothofagus pumilio U96851

Nothofagus antarctica U96849

Cornus eydeana AY243787

Cornus officinalis AY530921

Cornus controversa AY530918

Ulmus americana AF174640

Fitzroya cupresoides AY178418

B

Corneaceae

Fagaceae

Betulaceae

Nothofagaceae

Ho

st tre

es

(ITS

)

10

Cyst. macerans CBS 2206T

KBP 2604 AF000000

CBS 7918T AF139628

CBS 6938 AF139632

ATCC 24228 AF139631

ATCC 24230 AF139630

ATCC 24261 AF000000

KBP 2607 AF000000

CBS 5908 AF000000

CBS 9090 AF444488

PYCC 4172 AF000000

CRUB 1149 AF000000

CRUB 853 AF000000

CRUB 1490 AF000000

CRUB 1491 AF000000

CBS 5905 AF139629

ATCC 24229 AF000000

ATCC 24261 AF000000

A

Type of P.rhodozyma

Xa

nth

op

hy

llo

my

ce

s

De

nd

rorh

ou

s(I

TS

)

Fagus (Fell et al., 2007)

+ Germany (Weber et al., 2006)

+ Italy (Weber & Davoli, 2005)

+ Carpinus betulus

+ EEUU (Fell et al., 2007)

+ Betula verrucosa

+ Betula populifolia

Contributions from Patagonia to yeast… biogeography

Relationship between X. dendrorhous lineages and hosts

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Phylogeny based on crtI, crtS and idi genes of X. dendrorhous

Corneaceae

CRUB1614 Cyttaria hariotii on Nothofagus dombeyi

CRUB1613 Cyttaria hariotii on Nothofagus dombeyi

CRUB1620 Cyttaria hariotii on Nothofagus dombeyi

CRUB1492 Cyttaria hariotii on Nothofagus dombeyi

CRUB1490 Cyttaria hariotii on Nothofagus dombeyi

CRUB0853 Cyttaria hariotii on Nothofagus dombeyi

CRUB1151 Cyttaria hariotii on Nothofagus pumilio

CRUB1621 Cyttaria hariotii on Nothofagus antartica

CRUB1617 Cyttaria hariotii on Nothofagus antartica

CRUB1149 Cyttaria hariotii on Nothofagus pumilio

KBP2604 Betula sp.

KBP2607 Betula sp.

CBS7918 Betula verrucosa

CBS6938 Betula sp.

ATCC24228 Betula papyritosa

ATCC24230 Betula tauschii

CBS5908 Alnus japonica

PYCC4172 (same as CBS5905T)

ATCC24261 Betula maximowicziana

CBS9090 (same as CBS5905T)

CBS5905T Fagus crenata

ATCC24229 Cornus brachypoda

ATCC24201 Cornus brachypoda

63

91

85

57

82

100

100

54

51

63

72

63

89

10

Fagaceae

Betulaceae

Nothofagaceae

Contributions from Patagonia to yeast… biogeography

N. dombeyi

N. pumilio/antarctica

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Taxonomy (basidiomycetes)

Ecology

Biotechnology

Subphylum: Agaricomycotina

(ex. Hymenomycetes Class)

Subphylum: Ustilaginomycotina

(ex. Ustilaginomycetes Class)

Subphylum: Pucciniomycotina

(ex. Urediniomycetes Class)

Bauer et al., 2006. Mycol. Progress

Contributions from Patagonia to yeast… taxonomy (Basidiomycota)

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Bauer et al., 2006

Microbotryomycetes

Cystobasidiomycetes

Agaricostilbomycetes

Atractiellomycetes

Pucciniomycetes

Contributions from Patagonia to yeast… taxonomy (Pucciniomycotina)

Rhodotorula

Sporobolomyces

Bensingtonia

Polyphyletic genera:

Ballistoconidia

forming yeasts

Carotenogenic (red) yeasts

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0

200

400

600

800

1000

1200

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0

310 nm

Rhodotorula minuta

HPLC

Retention time

mAU

Contributions from Patagonia to yeast… Taxonomy (Mycosporines) MIC

UV

MIC

UV

Single compound with

maximum absorbance

at 310 nm

Mycosporine-glutaminol-glucoside

(MGG)

250 300 350 4000

0,25

0,5

0,75

1

UV + PAR

PAR

Control

UV spectrum

AU

nm

Mycosporines (MYC) in yeasts: Chemotaxonomical value

MIC

UV

MIC

UV

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Contributions from Patagonia to yeast… Taxonomy (Mycosporines) MIC

UV

MIC

UV

Mycosporines (MYC) in yeasts: Chemotaxonomical value

MYC, Mycosporine production; PAC, Production of amilaceous compounds

Species-specific characteristic

Erythrobasidiales

and

Cystobasidiales

(Red yeasts)

Rhodotorula?

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Contributions from Patagonia to yeast… Taxonomy (MYC:Pucciniomycotina)

Chemotaxonomical value of Mycosporines (MYC) in yeasts

MYC +

MYC ­­-

Rhodotorula

Sporobolomyces

Bensingtonia

Polyphyletic genera:

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The screening of Mycosporines synthesis in

Pucciniomycotina, revealed this molecule has considerable

value as a complementary chemotaxonomical tool.

Contributions to the biogeography and population genetics

of Xanthophyllomyces.

~20.000 south-american native yeast strains, are being

preserved in only three culture collections. Including over

130 novel species. However, only 30-45% of these strains

have been so far identified.

Proposal of a new order and genus in the Agaricomycotina

and reduction of the Cryptococcus polyphyletic condition.

Very few culture collections contain significant numbers of

native yeasts from south-american natural environments,

none is registered in WFCC or FELACC.

Final Remarks

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Acknowledgments, MABB group and foreign collaborators

Lab. Microbiología Aplicada y Biotecnología – CRUB - UNComahue

Dra. Maria van Broock Dra. Sonia Fontenla Dra. Celia TognettiLic. Silvia Brizzio

Dr. Martin Moline Lic. Virginia de García

Lic. Gabriel Russo

Lic. Natalia Fernandez

Lic. Mario Muñoz

Lic. Cecilia Mestre

Dr. Jose Paulo SampaioCREM, UNL, Portugal

Dr. Carlos RosaUFMG, BH, Brazil

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Photoprotective role of MGG in yeasts

Moline et al., in press. Radiation Research

Contributions from Patagonia to yeast… Photobiology MIC

UV

MIC

UV

Constitutive Photoinduced

Cryptococcus stepposus

Strains with higher MGG levels are more tolerant to UV-B radiation

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Contributions from Patagonia to yeast… taxonomy (Pucciniomycotina)

Novel ballistoconidia forming yeasts of the Sporidiobolales

Sporidiobolus longiusculus

Sporobolomyces patagonicus

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Contributions from Patagonia to yeast… taxonomy (Agaricomycotina)

Cystofilobasidium lacus-mascardii sp. nov.

Cystofilobasidiales

(D1/D2)

Cystofilobasidium lacus-mascardii

Description of sexual state of Cryptococcus macerans -> Cyst. macerans

Cystofilobasidium macerans