Bacterias solubilizadoras de fosfato asociadas a cianolíquenes Peltigera rufescens creciendo en praderas del sur de Chile

Abstract

Los líquenes son ecosistemas autosostenibles conformados por un compañero fúngico, uno o más integrantes fotosintéticos, y un número indeterminado de microorganismos. La composición de su comunidad bacteriana dependerá de distintos factores intrínsecos y extrínsecos, y ésta cumpliría importantes roles para la supervivencia del holobionte, entre ellos, el reciclaje del fósforo (P). La mayor parte del P en los suelos se encuentra en formas no disponibles para el consumo por los organismos, por lo que los microorganismos son fundamentales para los ecosistemas al ser capaces de aumentar la biodisponibilidad de P mediante diversos mecanismos. En la presente tesis, se estudió la comunidad bacteriana asociada a los talos y sustratos de líquenes Peltigera rufescens y suelos aledaños en dos praderas de la región de Aysén al sur de Chile, una de ellas presente en un sitio que se ha visto afectado en el pasado por incendios, con una probable disminución de nutrientes como el P, y la otra en un ambiente protegido sin perturbaciones aparentes. El objetivo fue comparar la diversidad tanto de la comunidad bacteriana como del gremio potencialmente involucrado en la dinámica del P en líquenes de la misma especie creciendo en ambientes con condiciones climáticas similares, pero con diferencias en sus historias de desarrollo. Para abordar los objetivos del trabajo, se corroboró la identidad de los simbiontes usando marcadores moleculares, los que permitieron confirmar la presencia de P. rufescens acompañado de un cianobionte dominante en cada sitio. Además, se estudió la diversidad del microbioma en talos, sustratos y suelos a través de la secuenciación de amplicones del gen 16S de bacterias utilizando partidores que excluyen cianobacterias. Se encontró que predominaron los filos Proteobacteria, Actinobacteriota, Acidobacteriota y Bacteroidota, y se confirmó que líquenes de la misma especie contienen un microbioma bacteriano característico, el cual es diferente al microbioma del ambiente colonizado, detectándose algunos filotipos en común entre sitios, así como otros particulares en cada ambiente. También se construyeron redes microbianas que reflejaron estructuras similares entre los microbiomas de los talos liquénicos, pero que presentaron taxa claves diferentes entre sitios, sugiriendo que la composición del microbioma liquénico dependería tanto de la identidad del liquen como del ambiente donde crece. Para evaluar el potencial gremio relacionado con el metabolismo del fósforo en los distintos microambientes, se realizó una predicción del genoma del gremio bacteriano basado en el marcador 16S, y se revisó un conjunto de 31 genes que codifican proteínas que permiten el estudio del reciclaje de P, los cuales incluyen 2 genes relacionados a la solubilización de Pi, 1 a la degradación y otro a la síntesis de polifosfatos, 7 a fosfomonoesterasas, 7 a Fosfonatasas, 2 a fosfodiesterasas, 1 a fosfotriesterasa y 10 a sistemas de transporte de moléculas asociadas a P. Esto permitió encontrar diferencias significativas entre el gremio involucrado en la dinámica del P predicho en líquenes, sustratos y suelos, reflejando un mayor potencial solubilizador de P orgánico en los talos liquénicos. Además, los sistemas predichos sugieren la presencia de diferentes vías de reciclaje del P en líquenes de distintos sitios, lo que se refleja en la predominancia de vías involucradas en la superación de la privación de P en todos los microambientes del sitio con historial de perturbación por incendios, entre las que destacan fosfotasas ácidas y alcalinas. A la inversa, en el sitio protegido sin evidencias de perturbación, predomina la solubilización de sustratos naturales altamente estables, lo que se refleja en una mayor abundancia predicha del marcador de la fitasa y fosfonatasas en líquenes. De este modo, aunque la composición de la comunidad bacteriana y el gremio involucrado en la dinámica de P son similares en términos de la identificación taxonómica de sus integrantes en líquenes de la misma especie creciendo en diferentes sitios, existen diferencias en filogrupos particulares y vías de solubilización de P, probablemente debido a su adaptación a las condiciones de cada lugar

Lichens are self-sustaining ecosystems composed of a fungal partner, one or more photosynthetic components, and an indeterminate number of microorganisms. The composition of their bacterial community will depend on different intrinsic and extrinsic factors, and this would play important roles for the survival of the holobiont, including the recycling of phosphorus (P). Most of the P in soils is found in forms that are not available for consumption by organisms, so microorganisms are essential for ecosystems as they can increase the bioavailability of P through various mechanisms. In this thesis, the bacterial community associated with the thalli and substrates of lichens Peltigera rufescens and surrounding soils in two grasslands of the Aysén region in southern Chile, one of them located in a site was affected by fires in the past, and with a probable decrease in nutrients such as P, and the other in a protected environment without apparent disturbances. The aim was to compare the diversity of both the bacterial community and the guild potentially involved in P dynamics in lichens of the same species growing in environments with similar climatic conditions, but with differences in their developmental histories. To address the objectives of the work, the identity of the symbionts was corroborated using molecular markers, which confirmed the presence of P. rufescens accompanied by a dominant cyanobiont at each site. In addition, the diversity of the microbiome in thalli, substrates and soils was studied through the sequencing of amplicons of the 16S gene of bacteria using primers that exclude cyanobacteria. It was found that the Proteobacteria, Actinobacteriota, Acidobacteriota and Bacteroidota phyla predominated, and it was confirmed that lichens of the same species contain a characteristic bacterial microbiome, which is different from the microbiome of the colonized environment, detecting some phylotypes in common between sites, as well as other individuals in each environment. Microbial networks were also constructed that reflected similar structures among the microbiomes of the lichen thalli, but presented different keystone taxa between sites, suggesting that the composition of the lichen microbiome would depend on both, the identity of the lichen and the environment where it grows. To evaluate the potential guild related to P metabolism in the different microenvironments, a prediction of the genome of the bacterial guild based on the 16S marker was performed, and a set of 31 genes that code for proteins that allow the study of phosphorus recycling was reviewed, which include 2 genes related to solubilization of Pi, 1 to degradation and another to synthesis of polyphosphates, 7 to phosphomonoesterases, 7 to phosphonatases, 2 to phosphodiesterases, 1 to phosphotriesterases and 10 transport systems of molecules associated with P. This allowed us to find significant differences between the guild involved in the dynamics of predicted phosphorus in lichens, substrates, and soils, reflecting a greater solubilizing potential of organic phosphorus in lichen thalli. In addition, the predicted systems suggest the presence of different P recycling pathways in lichens from different sites, which is reflected in the predominance of pathways involved in overcoming phosphorus deprivation in all microenviroments of the site, in the site with history of disturbance by fires, among which acid and alkaline phosphatases stand out. Conversely, in the protected site without evidence of disturbance, solubilization of highly stable natural substrates predominates, which is reflected in a higher predicted abundance of the marker phytase and phosphonatases in lichens. In this way, although the composition of the bacterial community and the guild involved in P dynamics are similar in terms of the taxonomic identification of their members in lichens of the same species growing in different sites, there are differences in particular phylogroups and pathways of solubilization of P, probably due to its adaptation to the conditions of each place