L’utilizzo microbico del carbonio nel suolo forestale: nutrirsi in estate, riposarsi in inverno

Le foreste di conifere nelle zone boreali e temperate dell’emisfero settentrionale, oltre a offrire un meraviglioso paesaggio, rappresentano significativi pool globali di carbonio (C). Gli ecosistemi forestali sono influenzati dagli alberi che mediano l’afflusso di carbonio nel pool e contribuiscono alla respirazione del suolo e alla deposizione del carbonio. Questi importanti eventi sono mediati dai microbi anche se, ad oggi, la quota relativa di funghi e batteri coinvolti e l’effetto della stagionalità su questi processi, rimangono in gran parte sconosciuti.

Una recente ricerca (Lucia Žifčáková et al., 2017), condotta nel Bohemian Forest National Park, Repubblica Ceca, e pubblicata sulla rivista scientifica Microbiome, mira a descrivere proprio le differenze stagionali nell’utilizzo del carbonio nel terreno forestale e il coinvolgimento di vari membri del microbioma del suolo in questo processo.
Nella lettiera e nel terreno dei boschi di conifere sempreverdi si verificano trasformazioni significative del carbonio, rendendo questi ecosistemi importanti per il ciclo globale di tale elemento. Come si apprende dalla letteratura di settore, la differenza nel contenuto di sostanza organica (contenente carbonio) tra gli orizzonti del suolo della foresta porta alla stratificazione della comunità microbica. La lettiera è ricca di taxa saprofitici, mentre i funghi ectomicorrizici (ECM), rappresentati per lo più da Basidiomycota in questo ecosistema, tendono a dominare il terreno. L’abbondanza relativa di batteri aumenta con la profondità, e la composizione delle loro comunità differisce sia nella lettiera che nel suolo.

Lo studio mostra che nel topsoil i microrganismi codificano un diverso insieme di Carbohydrate-Active Enzymes (CAZymes) (enzimi che sintetizzano o distruggono i saccaridi), tra cui la glicosidasi ed enzimi ausiliari. I ricercatori, per la prima volta, hanno descritto il contributo di funghi e batteri al pool di CAZymes in due diverse stagioni, estate e inverno, sfruttando il potere della metagenomica e della metatrascrittomica con sufficiente affidabilità e risoluzione. La metagenomica è stata utilizzata per caratterizzare il potenziale funzionale dei taxa individuali per la produzione di CAZymes, mentre la metatrascrittomica ha permesso di valutare il contributo dei microrganismi per la quota di CAZymes suddivisa tra le stagioni e il suo effetto mediato sul ciclo del carbonio.

Cosa è emerso?

La trascrizione dei geni codificanti per gli enzimi che degradano l’amido o il trealosio (composti di riserva) è risultata elevata in inverno, mentre l’estate era caratterizzata da un’alta trascrizione di enzimi ligninolitici e cellulosici prodotti principalmente dai funghi. Inoltre, il turnover della biomassa fungina sembrava essere più veloce in estate che in inverno, proprio a causa dell’elevata attività degli enzimi che mirano al suo degrado.
Le differenze stagionali nella trascrizione della glicosidasi e dei geni degli enzimi ausiliari sono risultate più pronunciate nel suolo piuttosto che nella lettiera. I dati suggeriscono che in estate sono principalmente i funghi ad essere coinvolti nella decomposizione dei biopolimeri recalcitranti, mentre i batteri li sostituiscono in questo ruolo in inverno.
Le trascrizioni batteriche di CAZymes con attività chitinolitica hanno confermato il ruolo importante dei batteri nel turnover di miceli fungini morti. Acidobatteri, Proteobacteria, Bacteroidetes e Actinobacteria sono emersi come i produttori batterici più abbondanti di CAZymes.

In conclusione, anche se sia i funghi sia i batteri contribuiscono alla trascrizione di CAZy, le evidenze ottenute mostrano il ruolo principale dei funghi nei processi di degradazione, come confermato dal fatto che questi microrganismi producono più della metà dei CAZymes osservati.
Perché ricerche come questa sono importanti? Comprendere i processi del ciclo del carbonio e i suoi cambiamenti durante l’anno è essenziale per prevedere i potenziali impatti dei cambiamenti climatici globali su questi ecosistemi.

 

 

Angela Chimienti

 

Fonte:

  • Lucia Žifčáková, Tomáš Větrovský, Vincent Lombard, Bernard Henrissat, Adina Howe, and Petr Baldrian, Feed in summer, rest in winter: microbial carbon utilization in forest topsoil, Microbiome, (2017) 5:122 DOI 10.1186/s40168-017-0340-0 [Open access] Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Crediti Immagini:

  • Immagine in evidenza: Di Doronenko – Opera propria, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4783863

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