Bacterias solubilizadoras de fosfato asociadas a talos y sustratos de cianolíquenes Peltigera creciendo en un bosque y una pradera de la Reserva Nacional Coyhaique

Abstract

Los líquenes son definidos como ecosistemas autosostenibles complejos conformados por un simbionte fúngico, uno o más simbiontes fotosintéticos, y un microbioma diverso. Estos microrganismos estarían estructurados según distintos factores intrínsecos y extrínsecos de los líquenes, y se ha sugerido que estarían cumpliendo importantes roles dentro de la simbiosis, tales como la solubilización de fósforo. La mayoría del fósforo presente en los suelos se encuentra en formas insolubles que no pueden ser directamente utilizadas por los organismos, por lo que los microorganismos, los cuales son capaces de aumentar la biodisponibilidad de fósforo mediante diversos mecanismos, son fundamentales para los ecosistemas. Estos llevan a cabo la liberación de distintos ácidos orgánicos al suelo, lo que permite la solubilización de fósforo inorgánico, mientras que la solubilización del fósforo orgánico es llevada a cabo por la acción de enzimas fosfatasas, fosfonatasas y fitasas. En esta tesis, analizamos las bacterias con potencial de solubilizar fósforo asociadas a los talos y sustratos de cuatro especies de líquenes Peltigera, muestreados desde un bosque y una pradera de la Reserva Nacional Coyhaique, al sur de Chile, con el objetivo de determinar cómo los líquenes adquieren estas comunidades bacterianas y los factores que estructuran a este gremio. La identidad de los micobiontes y de los cianobiontes fue corroborada usando marcadores moleculares, los cuales confirmaron que, en bosque, las especies corresponden a P. frigida y P. fuscopraetextata, asociadas a Nostoc sp. haplotipo C01; y, en pradera, las especies corresponden a P. rufescens y P. antarctica, asociadas a Nostoc sp. haplotipo C03. Se determinó que los sustratos de los líquenes creciendo en bosques contienen significativamente mayores niveles de fósforo biodisponible y lábil, que los sustratos de los líquenes de pradera. Por otra parte, desde los talos y los sustratos se secuenciaron los amplicones del gen 16S de bacterias utilizando partidores que excluyen al cianobionte, y se pudo observar que las bacterias del filo Proteobacteria predominaron en los talos, mientras que, en los sustratos el filo Actinobacteria fue el más abundante. Además, se pudo confirmar que cada especie de liquen contiene un microbioma bacteriano característico, ya que, en talos se encontraron diferencias significativas de las abundancias los filos Acidobacteria y Planctomycetota, mientras que los filos Bacteroidota, Gemmatimonadota, y Myxococcota difirieron entre los sustratos. Los análisis de una serie de genes relacionados con la solubilización de fósforo, tanto orgánico como inorgánico, dieron cuenta de que la mayor parte de las bacterias asociadas a los líquenes tienen el potencial de solubilizar fósforo. Mediante análisis estadísticos se pudo determinar que la mayor parte del gremio solubilizador de fósforo sería adquirido desde los sustratos, mientras que otra parte podría estar siendo co-dispersada en propágulos vegetativos y sería mantenida durante la reproducción de los líquenes. Finalmente, análisis multivariados permitieron determinar que, tanto en talos como en sustratos, la identidad del micobionte sería el factor principal que estaría estructurando al gremio solubilizador de fósforo, aunque en los sustratos el ambiente también es un factor importante, relacionado a los niveles de fósforo biodisponible y lábil.

Lichens are defined as complex self-sustaining ecosystems formed by a fungal symbiont, one or more photosynthetic symbionts, and a diverse microbiome. These microorganisms would be structured according to different lichen intrinsic and extrinsic factors, and it has been suggested that they would be fulfilling essential roles within the symbiosis, such as the solubilization of phosphorus. Most of the phosphorus present in soils is found in insoluble forms that organisms cannot directly use, so microorganisms, which can increase the bioavailability of phosphorus through various mechanisms, are essential for ecosystems. These microorganisms release different organic acids to the soil, which allows the solubilization of inorganic phosphorus, while the solubilization of organic phosphorus is performed by the action of enzymes phosphatases, phosphonatases, and phytases. In this thesis, we analyze the bacteria with the potential to solubilize phosphorus associated with the thalli and substrates of four species of Peltigera lichens, sampled from a forest and a grassland of the Coyhaique National Reserve, in Southern Chile, to determine how lichens acquire these bacterial communities and the factors that shape this guild. The identity of the mycobionts and cyanobionts was corroborated using molecular markers, which confirmed that, in the forest, the species correspond to P. frigida and P. fuscopraetextata, associated with Nostoc sp. haplotype C01; and, in the grassland, the species correspond to P. rufescens and P. antarctica, associated with Nostoc sp. haplotype C03. The substrates of lichens growing in the forest contain significantly higher bioavailable and labile phosphorus levels than the substrates of lichens growing in the grassland. On the other hand, from the thalli and the substrates, the amplicons of the bacterial 16S gene were sequenced using primers that exclude the cyanobiont, and it was observed that the bacteria of the phylum Proteobacteria predominated in thalli, while, in substrates, the phylum Actinobacteria was the most abundant. In addition, it was possible to confirm that each species of lichen contains a characteristic bacterial microbiome since, in thalli, significant differences were found in the abundances of the Acidobacteria and Planctomycetota phyla; while the Bacteroidota, Gemmatimonadota, and Myxococcota phyla differed between the substrates. The analysis of a series of genes related to the solubilization of phosphorus, both organic and inorganic, revealed that most of the bacteria associated with the lichens have the potential to solubilize phosphorus. Through statistical analyses, it was possible to determine that most of the guild of phosphorus solubilizers would be acquired from the substrates, while another part could be being co-dispersed in vegetative propagules during the reproduction of lichens. Finally, multivariate analyzes made it possible to determine that, both in thalli and in substrates, the identity of the mycobiont would be the main factor that would be structuring the guild of phosphorus solubilizer, although in substrates the environment is also an important factor, related to the levels of bioavailable and labile phosphorus.