Diversidad de bacterias, arqueas y hongos en una cronosecuencia de restauración
En el estudio de la restauración ecosistémica, poco se sabe de la diversidad de diversidad de los microorganismos del suelo y su impacto en el ciclaje de nutrientes desde un punto de vista vertical, es decir que considere la profundidad del suelo. Con esa pregunta en mente, los investigadores del presente estudio, analizaron la diversidad de bacterias, arqueas (por medio del gen 16S rRNA) y hongos (por medio de ITS), así como los perfiles fisicoquímicos de los suelos. Para incorporar el enfoque de restauración, se utilizó una cronosecuencia que incluye a un bosque restaurado hace 30 años, uno hace 20, otro hace 10 y una zona agrícola. Las muestras se tomaron a una profundidad de entre 10 cm y 3 m; que en el caso de los bosques se muestreó en las zonas a 30, 60 y 90 centímetros alrededor de los árboles.
En cuanto a la diversidad, los sitios restaurados muestran una mayor diversidad de bacterias y arqueas conforme transcurre el tiempo desde la restauración, aunque en hongos no se observan diferencias claras. En un gradiente vertical, la diversidad de bacterias y hongos tiende a disminuir con la profundidad, al mismo tiempo que a mayor distancia de los árboles, también disminuye la diversidad, lo cual puede estar relacionado con la influencia que ejercen los exudados de raíz en la diversidad del suelo. En cuanto a las arqueas, la diversidad incrementa con la profundidad, lo cual podría deberse a que poseen una gran cantidad de especies con metabolismo anaerobio.
Fig. 1 General patterns of microbial alpha-diversity during reforestation of the ex-arable land and at a fine scale of single trees. a Variation in the alpha-diversity of soil bacteria, archaea, and fungi during reforestation of ex-arable land were estimated via linear mixed-effects models, with samples from the same tree (reforested soils) or same core (arable land) set as random effects. Boxplots that do not share a letter are significantly different (P < 0.05). b Vertical and horizontal spatial distribution of Shannon index for bacterial, archaeal, and fungal communities around the tree in reforested soils. The intensity of the color from blue to red is proportional to the value of Shannon index from small to large
Los análisis de diversidad beta por medio de métodos de ordenamiento, muestran diferencias de acuerdo con el nivel de restauración, siendo las más distintas, las muestras perteneciente al suelo de cultivo. No obstante, el nivel de profundidad no muestra grandes diferencias como resultado de la profundidad con la que fueron tomadas las muestras.
Fig. 2 General patterns of microbial beta-diversity in superficial and deep soils during reforestation of the ex-arable land. NMDS showed the structure of microbial community for soil bacteria (a), archaea (b), and fungi (c). 95% confidence ellipses were shown around the samples grouped based on reforestation of the ex-arable land. Similarity values among the samples during reforestation of the ex-arable land (“restoration”) and between superficial and deep layers (“layer”) were examined via the ANOSIM test, which are shown in each plot. (d) Differences in beta-diversity among the bacteria, archaea, and fungi were estimated based on a Bray–Curtis distance matrix of all 300 soil samples, including 44,850 data points for each microbial group. Data that do not share a letter are significantly different between treatments (P < 0.05; multiple comparison with Kruskal-Wallis tests)
Para evaluar la diversidad vertical de una manera más fina, se identificaron los OTUs más abundantes de acuerdo con un gradiente de profundidad. Aunque no se encontraron generos muy abundantes a determinadas profundidades, si no que también dependían del gradiente longitudinal en relación con la planta. Por ejemplo, el género Polycyclovorans es muy abundante a 30 cm de profundidad y 60 cm a lo lejos de las plantas. El hongo Lysurus abunda a una profundiad de entre 0 y 10 cm y una distancia de 30 cm de las plantas.
Fig. 4 Taxonomic distribution of bacterial taxa responsible for community differentiation among different radii to the tree at each soil depth. The most abundant six genera are displayed in barplots. Ternary plots show the distributions of these differentiation taxa. Each circle represents one OTU. The size of each circle represents its relative abundance. The position of each circle is determined by the contribution of the indicated compartments to the total relative abundance. The colors of circles mark the OTUs significantly enriched among different radiations to plant (false discovery rate < 0.01). The numbers of differentiate OTUs are displayed at the vertex of the ternary plots
Respecto al ciclaje de nutrientes, por medio de análisis de random forest, determinaron que la diversidad beta de las bacterias es la variable más importante para predecir índice ciclaje de nutrientes multiples (que se estima en función de la materia orgánica, el nitrato, el fósforo total, el fósforo disponible y potasio disponible) en los perfiles verticales del suelo, seguida por la diversidad beta de arqueas.
Jiao, S., Chen, W., Wang, J., Du, N., Li, Q., & Wei, G. (2018). Soil microbiomes with distinct assemblies through vertical soil profiles drive the cycling of multiple nutrients in reforested ecosystems. Microbiome, 6(1), 146.
