Environmental effects on microbiome: tropics and Antarctic

Abstract

The microorganisms play a key role in the in the main biogeochemical cycles, such as Carbon, nitrogen, sulfur, phosphorus, hydrogen and oxygen. In the rhizosphere and inside plant tissues, they can enhance plant growth, phytopathogen control, act as phytoregulators and increasing water and nutrient availability. These communities are directly affected by edaphoclimatic conditions. Thus, in the current scenario of climate change, the knowledge about the edaphic microbial diversity and the factors that shape it are essential to understand the potential of each soil, either for agricultural use or to understand the role of the soil face the climate change. There are many methods to study the microbial diversity, among them, the high-throughput DNA sequencing is the one of the most commonly used. This thesis is composed of three chapters where this technique was used to evaluate the diversity in each soil. The first title, entitled “Effects of environmental factors on microbiota of fruits and soil of Coffea arabica in Brazil” aimed to evaluate the effect of edaphic and topographic coditions in coffee crops on bacterial and fungal communities in soil and fruits. The second and third chapters addresses, respectively, the diversity of bacteria and fungi in soils recently exposed by deglaciation and ornithogenic soils. The microbial communities of fruits are affected mainly by tophographic factors (Altitude, facing slope and radiation), whereas microbial communities of soil, although also influenced by topographic factors, are strongly shaped by edaphic factors. Soils recently exposed by glacier retreat (young soils) displayed a greater variation in beta diversity than more developed soils. Lastly, the bacterial and fungal communities in the ornithogenic soils undergoes a substantial change after the abandonment by the penguins. Abandoned ornithogenic soils showed a greater predicted abundance of genes related to nitrification and sulfur metabolism. In short, both in tropical and antarctic soils, edaphoclimatic and temporal factors affect the structure of the microbial community. Keywords: Microbiota. Coffee. Ornithogenic soils. Glaciers. Next generation sequencing.

Os microganismos desepenham papel fundamental nos ciclos biogeoquímicos, como os ciclos do carbono, nitrogênio, enxofre, fósforo, hidrogênio e oxigênio. Quando presentes na rizosfera ou no interior de tecidos, podem atuar na promoção do crescimento das plantas, no controle de fitopatógenos, como fitorreguladores e na disponibilização de água e nutrientes essenciais. Estas comunidades são diretamente afetadas pelas condições edafoclimáticas. Assim, no atual cenário das mudanças climáticas, conhecer a diversidade microbiana edáfica e os fatores que afetam são essenciais para entender o potencial de cada solo, tanto para uso agrícola, como seu papel no atual cenário das mudanças climáticas. Dentre as diversas formas possíveis de avaliar a diversidade microbiana, o sequenciamento de DNA de alto rendimento vem sendo uma das técnicas mais utilizadas. Dessa forma, esta tese apresenta três capítulos nos quais esta ténica foi utilizada para avaliar a diversidade em cada solo. O primeiro capítulo, intitulado “Effects of environmental factors on microbiota of fruits and soil of Coffea arabica in Brazil” tem como objetivo avaliar os efeitos das diferentes condições edáficas e topográficas presentes no cultivo de cafeeiro sobre as comunidades bacterianas e fúngicas em solos e frutos. O segundo e terceiro capítulo abordam, respectivamente, a diversidade de comunidades bacterianas e fúngicas em solos recentemente expostos pela deglaciação e em solos de pinguineiras. Para o cafeeiro, observou-se que as comunidades microbianas presentes nos frutos são afetadas principalmente por fatores topográficos (altitude, face de exposição ao sol e radiação), enquanto que as comunidades presentes no solo, embora também influenciadas por estes fatores, são fortemente modadas pelas variáveis edáficas. Na Antártica marítima, nos solos recentemente expostos pela retração (solos jovens) observou-se uma maior variabilidade da diversidade beta, o que indica uma sucessão microbiana mais intensa do que solos mais desenvolvidos. Por fim, obervou-se que em solos ornitogênicos a comunidade bacteriana e fúngica é fortemente alterada após o solo ser abandonado pelos pinguins. Solos ornitogênicos em áreas abandonadas apresentaram maior abundância predita para genes relacionados nitrificação e ao metaboilsmo de enxofre. Em suma, tanto em solos tropicais como em solos antárticos, os fatores edafoclimáticos e temporais afetam a estrutura da comunidade microbiana. Palavras-chave: Microbiota. Café. Solos ornitogênicos. Geleiras. Sequenciamento de nova geração.