Respuesta de la comunidad bacteriana total y la comunidad bacteriana metabólicamente activa frente a pulsos de precipitación e ingreso de nitrógeno reactivo ácido al suelo

Abstract

Las bacterias participan en el ciclado de los principales nutrientes y elementos en la Tierra. Aún así, en la mayoría de los estudios ecológicos las consideran como una caja negra, argumentando que son una constante en el funcionamiento del ecosistema y por lo tanto los cambios en la estructura de la comunidad no tendrían efecto en los procesos ecosistémicos. Dentro de los principales factores abióticos que se han descrito que afectan a la comunidad bacteriana cuentan la disponibilidad de agua, el pH y el contenido de nitrógeno. Por otra parte, se ha propuesto que los suelos áridos y semiáridos responderían tempranamente a perturbaciones abióticas. Sin embargo no se conoce mucho de la diversidad microbiana presente en estos suelos, lo cual los hace un sitio de estudio prioritario, en especial en Chile donde estas regiones cubren cerca del 22% del territorio nacional y pudieran poseer filotipos únicos. En este contexto, se evaluó el efecto de la disponibilidad de agua y del nitrógeno reactivo en condiciones ácidas sobre la diversidad y función de la comunidad bacteriana de suelos semiáridos. Para esto se construyeron microcosmos con suelo semiárido tratados con pulsos de agua cada 14 días (efecto de la disponibilidad de agua), solución ácida a pH 4.0 (efecto del ácido), solución neutra de nitrógeno reactivo (Nr) (efecto de Nr), solución ácida de Nra pH 4.0 (efecto de Nr en condiciones ácidas), además de los respectivos controles sin tratamiento. Los microcosmos se incubaron por 84 días a 21°C, tomándose muestras para extracción de DNA cada 28 días para evaluar la diversidad genética mediante el polimorfismo en el largo del fragmento de restricción terminal (TRFLP) y cada 42 días para evaluar la diversidad metabólica mediante perfiles fisiológicos a nivel de comunidad (CLPP). Adicionalmente, se evaluó là composición de la comunidad bacteriana del suelo en estudio mediante clonación y secuenciación. Esta composición muestra una comunidad diversa, mayoritariamente representada por proteobacterias y acidobacterias, no obstante cabe señalar que la mayoría de las secuencias obtenidas se agrupan principalmente con secuencias de organismos no cultivados. Por otra parte, el análisis de los perfiles de TRFLP, mediante dendrogramas de similitud, muestra que la adición de agua y Nr separa los microcosmos tratados de los controles. Esto también se observa para el análisis de correspondencia canónica en el cual se observa una divergencia de las muestras tratadas con pulsos de agua y con Nr respecto de sus controles que se explica por estos parámetros ambientales aplicados a los microcosmos. Al analizar la estructura genética de la comunidad, utilizando los parámetros ecológicos rango de riqueza (Rr), dinámica (Di) y organización funcional (OF), no se evidencian efectos de la disponibilidad de agua ni efecto del Nr en los microcosmos, lo cual difiere para los microcosmos tratados con soluciones ácidas, en los cuales se observan una disminución, en el Rr con respecto del control. El análisis de los perfiles metabólicos revela que el tratamiento ácido también afecta a la comunidad, en este nivel reduciendo la dinámica. En conciusión, las perturbaciones aplicadas a la comunidad del suelo tienen efecto en la diversidad genética y funcional de la comunidad bacteriana. No obstante, cabe destacar que el efecto de una perturbación no siempre afecta directamente los componentes de la diversidad, por lo cual los datos deben ser analizados mediante distintos enfoques.

Bacteria take part in the cycling of the main nutrients and elements in the Earth. Even then, in the most of ecological studies they are considered a black box, arguing that they are a iconstant in the ecosystem operation and for these reason changes in the community structure have not effects in ecosystem process. Within the main abiotic factors that have been described affecting the bacterial community are water availability, pH and nitrogen content. On the other hand, has been proposed that arid and semiarid soils could respond early to abiotic perturbations. Nevertheless, not much is known of the microbial diversity present in these soils which make these soils a priority study site, in special in Chile where these regions cover about 22% of the national territory and could have unique philotypes. In this context, we evaluated the effect of water availability and reactive nitrogen in acidic conditions on the diversity and function of the bacterial community of semiarid soils. For this, semiarid soil microcosms were built treated with water pulses every 14 days (effect of water availability), acid solution at pH 4.0 (effect of acid), neutral solution of reactive nitrogen (Nr) (effect of Nr), acid solution of Nr at pH 4.0 (effect of Nr in acid conditions), in addition of the respective controls without treatment. The microcosms were incubated for 84 days at 21°C, taking samples for DNA extraction every 28 days to assess the genetic diversity through terminal restriction fragment length polymorphism (TRFLP) and every 42 days to asses the metabolic diversity by community level physiological profiling (CLPP). Additionally, we evaluated the bacterial community composition of the study soil by cloning and sequencing. This composition shows a diverse community, predominantly represented for members of proteobacteria and acidobacteria, however it should be noted that most of the seguences obtained principally grouped with sequences of uncultivated organisms. On the other hand, the analysis of the TRFLP profiles, through dendrograms of similarity, show that the water and Nr addition separate the treated microcosms from the untreated ones. This is also noted for the canonical correspondence analysis, that reflecting a divergence of the samples treated with water pulses and Nr in respect of control groups due to these environmental parameters added to the microcosms. By analyzing the genetic structure of the community, using the ecological parameters range-weighted richness (Rr), dynamics (Dy) and functional organization (FO), not evident effects of availability water neither of Nr were observed, which differs for the microcosm treated with acidic solutions, where there is a diminution of the Rr. The analysis of metabolic profiles reveals that the acid treatment also affects the community, at this level reducing the dynamic. In conclusion, the applied perturbations to soil community have an effect in the genetic and functional diversity of the bacterial community. However, noteworthy that the effect of a disturbance is not always affect directly the components of the diversity, for this reason the data should be analyzed through different approaches.