The Morphological and Cytological Structures of Some Symbiotic Ciliates (Isotricha spp.) from the Rumen of Cattle

GÖÇMEN, Bayram

M. Sc. Thessis in Turkish with English Summary (Türkçe Özet) Yüksek Lisans Tezi

Supervisor: Prof. Dr. Nimet ÖKTEM

December 1991, 77 pages

SUMMARY: The morphological and cytological characteristics, and some phsiological behaviors of Isotricha intestinalis and Isotricha prostoma which live as endosymbionts in the ruminoreticulum of cattle are examined and compared with previous investigations.

For this investigation, the rumen contents obtained from 21 native cattle which were slaughtered at the Slaughterhouse of Izmir and a Holstein-type cow with a fistulated rumen are used. Isotricha spp. are investigated in vivo and then in postfixation by using various techniques.

I. prostoma of these protozoans, which have a cover of cilia over their whole body surface, was more flattened than I. intestinalis and its shape looks like a slightly torsioned Paramecium, and the latter resembles in appearence a box-glove. There are no differences on the cell length and width between the two species. The vestibulum is terminated close to the macronucleus and resembles a trumpet in both species; it is surrounded by two lips in I. intestinalis and only one in I. prostoma. The vestibulum which was situated at the posterior half of the body in I. intestinalis and I. prostoma, is located laterally and subterminally, respectively. There are longitudinal attachment organelles with a 2-5 µm width and a 30-50 µm length on the anterior right dorsilateral surfaces of the cells. The movement of cilia start in this region and is propagated towards the posterior part of the body.

In peripheral endoplasm, a zone is present which is made of the respiratory and detoxification organelles, hydrogenosomes. Both I. intestinalis and I. prostoma posses well-devoloped fibrillar systems, but this system is less developed, particularly at the ventral side in the latter. I. prostoma is more polymorphic than I. intestinalis. This suggests that the ecto-endoplasmic fibrillar system and caryophore have a supporting role and that they serve as form-maintaining elements. It was also determined that some kinetosomal fibrillar bundles beneath the attachment organelle and vestibular region may be concerned with attachment and feeding.

Macronucleus located in the posterior part of the body in I. prostoma, is banana-shaped, while it is spherical or cornered and is located at the middle of the body in I. intestinalis. The oval shaped micronucleus is situated within a macronuclear depression. Its location may differ more or less.

In cross sections, at the ends of micronucleus, intramicronuclear fibrillar regions exhibiting Feulgen-negative reaction are observed, and the presence of bacteria in both endoplasm and macronucleus is determined.

Terminally located cytopyge is shifted to the left in I. intestinalis and the right in I. prostoma, and it is situated on suture line surrounding the vestibulum in the latter.

In I. intestinalis, dorsal and ventral kineties are more numerous than that of I. prostoma. There are two suture line called S1 and S2 on the ventral face. Of these, S2 is present on the left lip and is short in I. intestinalis, while it is circle shaped around the vestibulum and is long in I. prostoma.

Amylopectin and starch reserves reach maximal levels 2-3 h after feeding and then they gradually start to decline. The frequency of appearence of I. intestinalis and I. prostoma in the cattle investigated are found to be 81.82% and 100%, respectively.

From the findings obtained, it is revealed that there are evolutionary differences on the number of kineties and the development of fibrillar system between ours and Western Europe populations of Isotricha spp., and also on the length of S2 line, the vestibular ciliature and the number of lips surrounding the vestibulum in I. prostoma. When the number of lips and vestibular ciliature are taken into consideration, we conclude that these differences are prominent in I. prostoma.

In spite of the differences determined, since their fundamental organization is analogous to Isotricha spp. population present in Western Europe, we didn'nt tried to form new species. On the other hand, if it is taken into consideration that these differences are important for the description of a species, to indicate a new species, it is required to conduct further detailed and supportive works in the future.

Göçmen, B. (1991). Sığır İşkembesindeki Bazı Simbiyont Siliyatların (Isotricha spp.) Morfolojik ve Sitolojik Yapıları. Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Biyoloji Anabilim Dalı, Bornova, Izmir, 77 s.

ÖZET: Sığırlarin ruminoretikulumunda endosimbiyont olarak yaşayan Isotricha intestinalis ve Isotricha prostoma'nin morfolojik ve sitolojik özellikleri ile bazı fizyolojik davranışları incelenerek daha önce yapılmış olan çalışmalarla karşılaştırılmıştır.

Araştırma için, İzmir Salhanesi'nde kesilen 21 yerli sığırdan ve işkembesi fistüllü holştayn tip bir inekten elde edilen işkembe içerikleri kullanılmıştır. Isotricha spp. önce in vivo, daha sonra da postfiksasyon durumda çeşitli teknikler kullanılarak incelenmiştir.

Vücut yüzeyleri tamamen sillerle örtülü olan bu protozoonlardan I. prostoma, I. intestinalis'e oranla daha yassılaşmış olup şekli, az çok torsiyonlu bir Paramecium'u andırır. I. intestinalis ise bir boks eldivenine benzer. İki tür arasında hücre uzunluğu ve hücre eni açısından bir fark yoktur. Vestibül iki türde de makronukleusa yakın sonlanıp, bir borazana benzer; I. intestinalis'de 2, I. prostoma'da ise sadece 1 dudak ile çevrelenmiştir. I. intestinalis ve I. prostoma'da vücudun posterior yarısında konumlanan bu organel, sırasıyla lateralde ve subterminalde yerleşir. Hücrelerin sağ ön dorsilateral yüzeylerinde 2-5 µm genişlik ve 30-50 µm uzunlukta longitudinal bir yapışma organeli bulunur. Sil hareketi bu bölgede başlar ve vücudun posterior kısmına doğru yayılır.

Periferal endoplazmada, solunum ve detoksifikasyon organelleri olan hidrogenozomların oluşturduğu bir zon bulunur. Hem I. intestinalis hem de I. prostoma iyi gelişmiş fibriler sistemlere sahip olmakla birlikte, bu sistem I. prostoma'da bilhassa ventral tarafta daha az gelismistir. I. prostoma, I. intestinalis'e oranla daha fazla polimorfizm gösterir. Bu durum ekto-endoplazmik fibril sisteminin ve karyoforun destek işlevine sahip olduklarını ve şekil-koruyucu elemanlar olarak hizmet gördüklerini işaret eder. Ayrıca, yapışma organeli altında ve vestibül bölgesinde yapışma ve beslenme ile ilgili olabilecek bazı kinetozomal fibril demetleri de belirlenmiştir.

I. prostoma'da vücudun posteriorunda yerleşen makronukleus bir muz biçiminde iken, I. intestinalis'de küremsi ve nadiren köşeli olup vücudun ortasında yer alır. Oval biçimli mikronukleus, makronuklear bir çöküntü içinde konumlanır; yerleşimi az cok değişebilir.

Enine kesitlerde, mikronukleusun uç kısımlarında Feulgen-negatif reaksiyon sergileyen intramikronuklear fibriller gözlenmiş ve endoplazma ile makronukleusda bakteriler belirlenmiştir.

Terminal konumlu sitopig, I. intestinalis'de vücudun sol, I. prostoma'da ise vücudun sağ tarafina kaymıştır; I. prostoma'da vestibülü çevreleyen sütur çizgisi üzerinde konumlanır.

I. intestinalis'de dorsal ve ventral sil siralari, I. prostoma'ninkine oranla daha fazla sayıdadır. Ventral yüzde S1 ve S2 sütur çizgileri mevcuttur. Bunlardan S2, I. intestinalis'de sol dudak üzerinde bulunur ve kısadır, I. prostoma'da ise vestibül etrafinda bir halka biçiminde olup uzundur.

Amilopektin ve nisasta rezervleri beslenmeden 2-3 saat sonra maksimum düzeye ulaşırlar ve daha sonra derece derece azalmaya başlarlar. İncelenen sığırlarda I. intestinalis ve I. prostoma'nin görülme sıklıkları, sırasıyla %81.82 ve %100 bulunmuştur.

Elde edilen bulgulardan, ülkemizdeki ve Bati Avrupa'daki Isotricha spp. populasyonları arasında sil sırasi sayısı ve fibriler sistemlerin gelişmişliği ile I. prostoma'da S2 cizgisinin uzunluğu, vestibül siliyatürü ve vestibülü çevreleyen dudak sayısı bakımından evolutif bir farkın bulunduğu ortaya çikarılmıştır. Dudak sayısı ve vestibül siliyatürü dikkate alındığında, bu farklılığın I. prostoma'da daha fazla olduğu sonucuna varılmıştır.

Belirlenen farklılıklara rağmen, temel organizasyonlarının Batı Avrupa'daki Isotricha spp. populasyonlarına benzer olması nedeniyle yeni tür tesisine gidilmemiştir. Diğer taraftan, bu farklılıkların tür tarifinde önemli olduklari dikkate alınırsa, yeni tür yapilabilmesi için ileride daha ayrıntılı ve destekleyici araştırmaların yürütülmesi gerekmektedir.