Diversidad de bacterias con potencial de producir fitohormonas en cianolíquenes peltigera del Sur de Chile

Abstract

En la actualidad los líquenes son considerados como una asociación simbiótica entre un micobionte (hongo), un fotobionte (alga verde y/o cianobacteria) y una gran diversidad de microorganismos asociados. Estos microorganismos estarían cumpliendo diversas funciones esenciales para el desarrollo de los líquenes, tales como el suministro de nutrientes y protección contra factores de estrés biótico y abiótico. Algunos estudios han demostrado que las bacterias asociadas a los líquenes son capaces de producir distintas fitohormonas, pero la función que estarían cumpliendo estas moléculas dentro de la simbiosis liquénica todavía no está clara. En otros organismos simbióticos la producción de fitohormonas se ha relacionado principalmente al crecimiento de sus compañeros y a la protección contra factores de estrés abiótico. Dado que los líquenes son capaces de crecer en ambientes extremos, es probable que la producción de fitohormonas por parte del microbioma esté contribuyendo en la tolerancia de los líquenes a distintos tipos de estrés abiótico. El objetivo de esta tesis es identificar los factores que modulan la diversidad de las comunidades bacterianas con potencial de producir fitohormonas en talos y sustratos de cianolíquenes Peltigera del sur de Chile. Se propone que la diversidad de las comunidades bacterianas con potencial de producir fitohormonas está influenciada principalmente por el sitio geográfico donde crecen los líquenes, mientras que el contexto ambiental y la especie de micobionte actuarían como factores secundarios. Para comprobar esta hipótesis, las comunidades bacterianas presentes en los talos y sustratos liquénicos (i.e., el suelo adyacente al liquen) se analizaron mediante secuenciación masiva del gen 16S. Luego, la identificación de las bacterias con potencial de sintetizar fitohormonas se llevó a cabo mediante la búsqueda de una serie de genes que codifican enzimas involucradas en la síntesis de distintas fitohormonas dentro de los metagenomas bacterianos predichos con PICRUSt2. Se pudo determinar que las bacterias asociadas a los líquenes Peltigera de este estudio tienen el potencial de producir ácido indol acético, citoquininas, giberelinas, ácido salicílico y etileno, mientras que los genes relacionados a la síntesis de ácido abscísico, ácido salicílico, brasinoesteroides y estrigolactonas no se detectaron en los genomas o no se encontraron en la base de datos de PICRUSt2. En los talos hubo mayor abundancia de bacterias con el potencial de producir fitohormonas que en los sustratos, pero la diversidad bacteriana fue menor. Por otro lado, tanto el sitio geográfico, como el contexto ambiental y la especie del liquen influyeron significativamente sobre la diversidad bacteriana. Sin embargo, el tipo de ambiente fue el factor más importante, relacionado a las diferencias edáficas y bioclimáticas que existen entre los bosques y praderas. En conjunto, estos resultados sugieren que en los talos existe un mayor potencial de producción de fitohormonas mediada por comunidades bacterianas especializadas y que la producción de fitohormonas por parte de las bacterias asociadas a los líquenes está relacionada a la tolerancia de diferentes condiciones climáticas.

Currently, lichens are considered a symbiotic association between a mycobiont (fungus), a photobiont (green algae and/or cyanobacteria), and a great diversity of associated microorganisms. These microorganisms would be fulfilling various essential functions for the development of lichens, such as the supply of nutrients and protection against biotic and abiotic stress factors. Some studies have shown that bacteria associated with lichens are also capable of producing different phytohormones, but the function that these molecules would fulfill within the lichen symbiosis is still unclear. In other symbiotic organisms, the production of phytohormones has been mainly related to the growth of their partners and protection against abiotic stress factors. Given that lichens can grow in extreme environments, the production of phytohormones by the microbiome is likely contributing to the tolerance of lichens to different types of abiotic stress. The objective of this thesis is to identify the factors that modulate the diversity of bacterial communities with the potential to produce phytohormones in thalli and substrates of Peltigera cyanolichens from southern Chile. It is proposed that the diversity of bacterial communities with the potential to produce phytohormones is mainly influenced by the geographic site where the lichens grow, while the environmental context and the mycobiont species would act as secondary factors. To test this hypothesis, the bacterial communities present in the thalli and lichen substrates (i.e., the soil adjacent to the lichen) were analyzed by massive sequencing of the 16S gene. Then, the identification of bacteria with the potential to synthesize phytohormones was carried out by searching for a series of genes that encode enzymes involved in the synthesis of different phytohormones within the bacterial metagenomes predicted with PICRUSt2. It was determined that the bacteria associated with the Peltigera lichens in this study would have the potential to produce indole acetic acid, cytokinins, gibberellins, salicylic acid, and ethylene, while the genes related to the synthesis of abscisic acid, salicylic acid, brassinosteroids, and strigolactones were not detected in the genomes or were not found in the PICRUSt2 database. In the thalli, there was a greater abundance of bacteria with the potential to produce phytohormones than in the substrates, but the bacterial diversity was lower. On the other hand, both the geographical site, the environmental context, and the lichen species significantly influenced bacterial diversity. However, the type of environment was the most important factor, related to the edaphic and bioclimatic differences between forests and grasslands. Taken together, these results suggest that in the thalli there would be a greater potential for phytohormone production mediated by specialized bacterial communities and that the production of phytohormones by bacteria associated with lichens would be related to the tolerance of different climatic conditions.