Bacterias solubilizadoras de fosfato asociadas a los cianolíquenes Peltigera frigida y Peltigera fuscopraetextata, sus sustratos y los suelos aledaños en un bosque de lenga de la Isla Navarino

Abstract

Los líquenes consisten en asociaciones simbióticas entre un hongo (micobionte) y uno o dos organismos fotosintéticos (fotobionte/s) que pueden ser un alga verde y/o una cianobacteria. Además, se ha descrito la presencia de una microbiota estrechamente asociada al talo liquénico, que podría ser reclutada desde el ambiente o transmitida verticalmente a través de propágulos vegetativos, y cuya diversidad está influenciada por factores intrínsecos (e.g. identidad de los simbiontes) y/o extrínsecos (e.g. hábitat) de los líquenes. La microbiota bacteriana cumple diversas funciones que son fundamentales para el funcionamiento del holobionte, entre ellas la solubilización de fósforo (P). En esta tesis se propuso evaluar los mecanismos mediante los cuales los líquenes podrían adquirir al gremio solubilizador de P, y cómo se relaciona el rango de distribución de los micobiontes con la selectividad hacia dichos microorganismos. Para esto se analizó la composición y abundancia del gremio en talos, sustratos y suelos aledaños, de dos especies de líquenes del género Peltigera, una endémica y una circumpolar, provenientes de un bosque de lenga de la Isla Navarino (Región de Magallanes y de la Antártica Chilena). Planteamos como hipótesis que parte del gremio es reclutado desde el ambiente, siendo la especie endémica, P. frigida, más selectiva que la especie con distribución circumpolar, P. fuscopraetextata. La identidad de los simbiontes principales fue corroborada utilizando marcadores moleculares, confirmando que se trataba de las especies P. frigida y P. fuscopraetextata, ambas acompañadas del fotobionte Nostoc sp. haplotipo C02. Luego, se evaluó el potencial de la microbiota para solubilizar P mediante 5 genes marcadores que fueron cuantificados por qPCR y se caracterizó el gremio bacteriano por secuenciación masiva del marcador 16S, utilizando partidores que excluyen cianobacterias, y posterior predicción de funciones presentes en los metagenomas con PICRUSt2. Se encontró que el gremio solubilizador de P presente en talos fue menos diverso y contuvo una composición taxonómica diferente a la de sustratos y suelos aledaños. Sin embargo, no se observaron diferencias en la capacidad para llevar a cabo esta función entre los microambientes. Por otra parte, se encontró que la solubilización de P en líquenes estaría siendo llevada a cabo principalmente mediante fosfatasas alcalinas y fosfonatasas, y un gran porcentaje del gremio solubilizador de P tendría el potencial para llevar a cabo ambas actividades. Finalmente, el análisis de la abundancia relativa de las 50 ASVs más abundantes en los tres microambientes demostró que hubo un ~40% de ASVs más abundante en suelos que en talos, lo que sugiere que estos ASVs serían excluidos por el liquen; un ~30% fue más abundante en talos que en suelos, los que podrían estar siendo reclutados desde el ambiente; y un ~20% se encontró presente solo en talos, por lo que se propagarían con el liquen. Estos resultados sugieren que, si bien una parte del gremio estaría siendo seleccionada desde el ambiente, otra parte sería transmitida verticalmente durante la reproducción asexual de los líquenes. A pesar de que en ambas especies de líquenes el gremio asociado a talos fue distinto que el de sustratos y suelos, P. frigida presentó ligeramente mayores diferencias que P. fuscopraetextata. Esto, sumado a que en P. frigida se encontraron menos ASVs reclutados desde el ambiente, muestra una tendencia de que P. frigida sería más selectiva por el gremio solubilizador de P que P. fuscopraetextata.

Lichens are symbiotic associations between a fungus (mycobiont) and one or two photosynthetic organisms (photobiont/s) which can be a green alga and/or a cyanobacterium. In addition, it has been described the presence of a microbiota closely associated with the lichen thallus, which could be recruited from the environment or vertically transmitted through vegetative propagules, and whose diversity is influenced by intrinsic (e.g. symbiont identity) and/or extrinsic (e.g. habitat) factors. The bacterial microbiota fulfills various functions that are essential for the holobiont, including the phosphorus (P) solubilization. In this thesis, it was proposed to evaluate the mechanisms in which lichens acquire the P solubilizing guild, and how the distribution range of mycobionts is related to selectivity for these microorganisms. For this, we analyze the composition and abundance of the guild in thallus, substrates, and surrounding soils of two species of Peltigera lichens, one endemic and one circumpolar, from a lenga forest on Navarino Island (Magallanes Region and the Chilean Antarctic). We hypothesize that part of the guild is recruited from the environment, being the endemic specie, P. frigida, more selective than the circumpolar specie, P. fuscopraetextata. The identity of the main symbionts was corroborated using molecular markers, confirming that they were the species P. frigida and P. fuscopraetextata, both accompanied by the photobiont Nostoc sp. haplotype C02. Then, we evaluated the potential from the microbiota to solubilize P using 5 marker genes that were quantified by qPCR and we characterized the bacterial guild by massive sequencing of the 16S marker, using primers that exclude cyanobacteria, and the subsequent prediction of functions present in the metagenomes with PICRUSt2. It was found that the P solubilizing guild present in thallus was less diverse and contained a different taxonomic composition than that of substrates and the surrounding soils. However, no differences in the ability to carry out this function were observed between the microenvironments. On the other hand, it was found that the P solubilization in lichens would be carried out mainly by alkaline phosphatases and phosphonatases, and a large percentage of the P solubilizing guild would have the potential to carry out both activities. Finally, the analysis of the relative abundance of the 50 most abundant ASVs in the three microenvironments showed that ~40% of ASVs were more abundant in soils than in thallus, suggesting these ASVs would be excluded by the lichen; ~30% were more abundant in thallus than in soils, which could be recruited from the environment; and ~20% were present only in thallus, which would be co-dispersed during the lichen reproduction. These results suggest that, although a part of the guild would be selected from the environment, another part would be transmitted vertically during the asexual reproduction of lichens. Even though in both lichen species the guild associated with thallus was different from the guild associated with substrates and soils, P. frigida presented slightly greater differences than P. fuscopraetextata. Also, were found fewer ASVs recruited from the environment by P. frigida, showing a trend that P. frigida would be more selective for the P solubilizing guild than P. fuscopraetextata.