Efecto de las perturbaciones sobre la diversidad taxonómica y funcional microbiana de suelos rizosféricos de Nothofagus macrocarpa

Abstract

Nothofagus macrocarpa, conocido como Roble de Santiago, es una especie endémica de la zona central de Chile cuya población ha disminuido considerablemente debido a perturbaciones naturales y antrópicas, lo que la ha llevado a ser catalogada como vulnerable en la Región Metropolitana y en peligro en la Región de Valparaíso. Se ha descrito que el género Nothofagus es el único en establecer asociaciones ectomicorrícicas obligadas, por lo tanto, comprender cómo los cambios ambientales impactan las comunidades microbianas rizosféricas resulta crucial para entender la dinámica de regeneración de esta especie. Este estudio evaluó el impacto de variables antrópicas, bioclimáticas y edáficas sobre la diversidad taxonómica y funcional microbiana de la rizósfera de cuatro poblaciones de N. macrocarpa situadas a lo largo de un gradiente de perturbación. La diversidad taxonómica se analizó mediante secuenciación masiva de la región ITS de hongos y del gen 16S rRNA de bacterias. La diversidad funcional se evaluó con herramientas de predicción funcional FunFun y PICRUSt2, además de la cuantificación fluorimétrica de cuatro enzimas clave de los ciclos de nutrientes. Los mayores niveles de perturbación se encontraron en Cerro Poqui y La Campana, mientras que en Alto Huemul y Altos de Cantillana los niveles fueron menores. Las variables antrópicas fueron las más influyentes, seguidas por las bioclimáticas y edáficas. En cuanto a las comunidades fúngicas, estuvieron dominadas por Ascomycota, Basidiomycota, Mortierellomycota y Mucoromycota, y exhibieron menor diversidad que las bacterias, donde predominaron Actinomycetota, Pseudomonadota, Acidobacteriota y Planctomycetota. Funcionalmente, en hongos serían abundantes las vías del metabolismo de carbohidratos y aminoácidos, seguidas por las vías de metabolismo de lípidos, degradación xenobióticos y metabolismo de cofactores y vitaminas. En bacterias, disminuiría la vía de lípidos, pero sería más abundante la vía del metabolismo energético. Las actividades enzimáticas más altas se detectaron para la fosfatasa ácida y la β-glucosidasa, y las menores para la N-Acetil-β-d-glucosaminidasa y arilsulfatasa. Los análisis multivariados indicaron que la localidad influye significativamente sobre la diversidad taxonómica de ambos grupos microbianos, mientras que su impacto sobre la diversidad funcional fue significativo solo en bacterias, lo que sugiere la presencia de redundancia funcional en hongos. La variabilidad de la diversidad microbiana se explicó principalmente por el efecto conjunto de los tres grupos de variables y las edáficas por sí solas, aunque el impacto de estas fue considerablemente menor en la diversidad funcional. Las variables ambientales tuvieron mayor efecto sobre la diversidad taxonómica que la funcional, siendo los hongos más estables, posiblemente debido a las asociaciones ectomicorrícicas obligadas de N. macrocarpa. Estos hallazgos evidencian que las perturbaciones ambientales están afectando las comunidades microbianas de la rizósfera de N. macrocarpa y que Cerro Poqui y La Campana serían las localidades más vulnerables que deberían considerarse como prioritarias en futuros planes de conservación.

Nothofagus macrocarpa, known as Roble de Santiago, is an endemic species from central Chile whose population has significantly declined due to natural and anthropogenic disturbances, leading to its classification as vulnerable in the Metropolitan Region and endangered in the Valparaíso Region. The genus Nothofagus is the only one reported to form obligate ectomycorrhizal associations, making it crucial to understand how environmental changes impact rhizospheric microbial communities to comprehend the regeneration dynamics of this species. This study assessed the impact of anthropogenic, bioclimatic, and edaphic variables on the taxonomic and functional diversity of rhizospheric microbial communities in four N. macrocarpa populations along a disturbance gradient. Taxonomic diversity was analyzed through massive sequencing of the ITS region for fungi and the 16S rRNA gene for bacteria. Functional diversity was evaluated using the predictive tools FunFun and PICRUSt2, along with fluorimetric quantification of four key enzymes involved in nutrient cycles. Higher disturbance levels were found in Cerro Poqui and La Campana, while lower levels were observed in Alto Huemul and Altos de Cantillana. Anthropogenic factors had the greatest influence, followed by bioclimatic and edaphic variables. Fungal communities, dominated by Ascomycota, Basidiomycota, Mortierellomycota, and Mucoromycota, exhibited lower diversity compared to bacterial communities, were dominated by Actinomycetota, Pseudomonadota, Acidobacteriota, and Planctomycetota predominated. Functionally, carbohydrate and amino acid metabolism pathways were abundant in fungi, followed by lipid metabolism, xenobiotic degradation, and cofactor and vitamin metabolism pathways. In bacteria, lipid pathways decreased, but energy metabolism pathways were prominent. Acid phosphatase and β-glucosidase showed the highest enzymatic activities, while N-acetyl-β-d-glucosaminidase and arylsulfatase exhibited the lowest. Multivariate analyses indicated that locality significantly influenced taxonomic diversity of both microbial groups, while functional diversity was significantly affected only in bacteria, suggesting functional redundancy in fungi. Microbial diversity variability was primarily explained by the combined effect of all variables, with edaphic factors having a smaller impact on functional diversity. Environmental variables had a stronger effect on taxonomic diversity, with fungi showing greater stability due to N. macrocarpa's obligate ectomycorrhizal associations. These findings highlight the environmental disturbances impacting N. macrocarpa rhizosphere microbial communities. Cerro Poqui and La Campana were identified as the most vulnerable sites, warranting prioritization in future conservation efforts.