Unveiling the hidden biodiversity of potentially toxic diatoms in the NW Adriatic Sea through integrated taxonomy approach

Pseudo-nitzschia is among the most known and studied diatom genus, since among the total 56 accepted species, 26 produce a neurotoxin (i.e. domoic acid) responsible for human illness (i.e. Amnesic Shellfish Poisoning). The diversity and seasonality of Pseudo-nitzschia species were analyzed for the first time in the coastal station of the LTER-Senigallia-Susak transect in the northwestern Adriatic Sea from 1988 to 2020, by an integrated taxonomy approach, based on the ultrastructural and molecular analysis. At least six morphotypes have been detected by LM observations on field samples P. cf. delicatissima, P. cf. pseudodelicatissima, P. multistriata, P. cf. fraudulenta, P. pungens and P. cf. galaxiae. The IndVal analysis revealed that P. cf. delicatissima and P. cf. pseudodelicatissima were relevant taxa in spring and summer, respectively. P. cf. fraudulenta and P. pungens were relevant winter taxa and were negatively correlated with water temperature and positively with DIN. P. multistriata appeared in autumn and was the only species positively correlated with silicate concentrations. Monthly isolation of the highest possible number of strains were performed from 2018 to 2020, leading to isolate 138 strains. Transmission Electron Microscopy analysis and LSU rDNA phylogenetic tree confirmed the identity of six Pseudo-nitzschia species also clustering in six distinct lineages, i.e. P. delicatissima, P. cf. arenysensis, P. calliantha, P. mannii, P. fraudulenta, P. pungens. Domoic acid was not detected in any strain. P. pungens revealed a surprisingly wide morphological variability (e.g. overlap of cells in colonies, shape of valve, poroids’ morphology in girdle view) deviating from the nominal P. pungens. Finally, ultrastructural analysis and molecular evidence (D1-D3 region of LSU rDNA), allowed the description of Nitzschia gobbii sp. nov. a new planktonic diatom with an expanded central part of the frustule and two long rostra in valve view. This species commonly occurred during the investigated 30 years but possibly misidentified with Cylindrotheca closterium or with Pseudo-nitzschia galaxiae.

Pseudo-nitzschia è tra i generi di diatomee più noti e studiati, poiché tra tutte le 56 specie accettate, 26 sono in grado di produrre una neurotossina (acido domoico) responsabile di una biointossicazione (Amnesic Shellfish Poisoning) nell’uomo. La diversità e l’andamento stagionale delle specie di Pseudo-nitzschia sono stati analizzati per la prima volta nella stazione costiera del transetto Senigallia-Susak (LTER) nel NW Adriatico dal 1988 al 2020, attraverso un approccio tassonomico integrato basato su analisi ultrastrutturale e molecolare. Almeno 6 morfotipi sono stati identificati tramite osservazione all'ottico: P. cf. delicatissima, P. cf. pseudodelicatissima, P. multistriata, P. cf. fraudulenta, P. pungens and P. cf. galaxiae. L’analisi IndVal ha rivelato che P. cf. delicatissima e P. cf. pseudodelicatissima sono taxa indicatori in primavera ed estate rispettivamente. P. cf. fraudulenta e P. pungens erano taxa indicatori della stagione invernale ed erano correlate negativamente con la temperatura e positivamente con le concentrazioni del DIN. P. multistriata proliferava in autunno ed era l’unica specie positivamente correlata con le concentrazioni di silicati. Negli anni 2018-2020 sono stati isolati, con frequenza mensile, 138 ceppi monoclonali di Pseudo-nitzschia. Combinando le analisi al microscopio elettronico a trasmissione con i risultati dell'albero filogenetico ottenuto con le sequenze LSU e ITS rDNA, sono state confermate le identità di sei specie di Pseudo-nitzschia che formano 6 distinti cluster: i.e. P. delicatissima, P. cf. arenysensis, P. calliantha, P. mannii, P. fraudulenta, P. pungens. Le analisi sul contenuto delle tossine non hanno rilevato la presenza di acido domoico in nessun ceppo. Inoltre, le analisi morfologiche di P. pungens hanno rivelato una sorprendente variabilità (sovrapposizione delle cellule in colonia, forma delle valve, morfologia dei poroidi in vista cingolare) che devia dalla forma nominale P. pungens. Infine, tramite l'osservazione sia dell'ultrastruttura del frustulo che delle sequenze molecolari (regione D1-D3 del LSU rDNA), è stata descritta Nitzschia gobbii sp. nov., una nuova diatomea planctonica con una porzione espansa al centro del frustulo e due lunghi rostri in vista valvare. Nei 30 anni di monitoraggio questa specie è stata frequentemente registrata ma forse anche erroneamente identificata come Cylindrotheca closterium o Pseudo-nitzschia galaxiae.