Suoli antartici: identificati tramite viromica i drivers ambientali che guidano la composizione della comunità virale

Suoli antartici: identificati tramite viromica i driver ambientali che guidano la composizione della comunità virale

Uno studio recente ha indagato le comunità di virus con DNA a doppio filamento di campioni di suolo provenienti dalle aree prive di ghiaccio nella regione del ghiacciaio Mackay, Antartide orientale, identificando potenziali drivers abiotici della diversità virale e analizzando i patterns biogeografici.

Il continente antartico è considerato il posto più freddo e più arido della terra, con ecosistemi semplici e privo di piante superiori. I suoli di queste regioni glaciali sono noti per ospitare una vasta gamma di microrganismi, ma la loro ecologia e in particolare il ruolo dei virus sono ancora scarsamente compresi.

Background

Il ghiacciaio Mackay, Ross Dependency, è un importante flusso glaciale nell’Antartide orientale e si trova al nord delle McMurdo Dry Valleys, che collettivamente comprendono il 15% delle regioni prive di ghiaccio del continente. Questo ambiente è classificato come deserto freddo iperarido con suoli Permafrost a base minerale in gran parte privi di materia organica.

Ambienti modello per investigare le interazioni microbiche e i processi ecosistemici

Gli ecosistemi dei deserti freddi sono più semplici rispetto a quelli dei deserti caldi a causa all’assenza di piante superiori e della loro dipendenza dai microrganismi. In quanto tali, i terreni antartici sono ottimi ambienti modello per esplorare le interconnessioni microbiche.

Nello spettro di microdiversità che caratterizza queste aree, i batteri occupano sicuramente un ruolo importante. L’eterogeneità spaziale delle comunità batteriche nei suoli sterili dell’Antartide risulta elevata. Al di là delle differenze fisico-chimiche generali del suolo che portano a un’alta diversificazione tra luoghi fisicamente separati, il pH del terreno sembra essere un driver fondamentale con alcuni phyla. Acidobacteria e Bacteroidetes, per esempio, dominano suoli estremamente alcalini, mentre Deinococcus / Thermus e i Gammaproteobacteria (phylum Proteobacteria) prevalgono in terreni più neutrali, con l’abbondanza relativa di acidobatteri inversamente correlata con la latitudine. In posizioni più umide o in suoli transitoriamente bagnati, invece, i cianobatteri sono i più abbondanti. I membri di questo phylum sono reputati i produttori principali dominanti nei sistemi del deserto, tuttavia in terreni aridi sono molto meno abbondanti e sembrano prosperare di più in nicchie litiche di rifugio.

E i virus?

Le ricerche condotte finora non sembrano aver tenuto sempre in considerazione il potenziale ruolo dei virus, che sono invece numerosi nei suoli antartici e possono immagazzinare una grande quantità della diversità microbica terrestre nei loro genomi. È stato ipotizzato, infatti, che le regioni polari possano essere hotspots di evoluzione microbica a causa dell’alto grado di controllo virale su queste comunità di microrganismi.

ll primo studio — basato sul sequenziamento metagenomico di suoli antartici aperti — con un focus sulla diversità dei virus e sull’influenza di fattori ambientali

Nell’ambito di una collaborazione tra Sud Africa, Regno Unito, Nuova Zelanda e Canada, Evelin Adriaenssens e colleghi hanno esaminato le strutture di comunità virali di 14 campioni di suolo (figura 1), raccogliendo metadati sulle caratteristiche fisico-chimiche del terreno di tutti i siti e determinando l’influenza dei parametri ambientali sulla distribuzione dei microrganismi. Gli studiosi hanno isolato le comunità di virus dal suolo. In seguito, hanno estratto il dsDNA, lo hanno amplificato usando la single-primer amplification e lo hanno poi sequenziato con la piattaforma Ion Torrent Proton.

Suoli antartici: identificati tramite viromica i driver ambientali che guidano la composizione della comunità virale. Mappa della regione di campionamento nel sistema Dry Valley dell'Antartide (US Geological Survey, 2016, Landsat Image Mosaic Of Antarctica).
Figura 1  Mappa della regione di campionamento nel sistema Dry Valley dell’Antartide (US Geological Survey, 2016, Landsat Image Mosaic Of Antarctica).
Analisi delle comunità virali del suolo

Gli esiti hanno reso nota un’elevata eterogeneità nelle firme dei virus. I batteriofagi caudati sono risultati dominanti in tutti i campioni, ma l’incidenza delle famiglie affiliate Siphoviridae e Myoviridae è apparsa inversamente correlata, suggerendo una competizione diretta per gli ospiti. I virus delle famiglie Phycodnaviridae e Mimiviridae, invece, sono stati riscontrati a livelli significativi in ​​campioni di terreno ad alta diversità e sono stati trovati a coesistere, il che implica l’esistenza di una piccola competizione tra loro.

Per analizzare e confrontare la composizione della comunità virale rispetto ai fattori abiotici gli scienziati hanno individuato 15 fattori ambientali e applicato un approccio di analisi a due livelli. Il pH del suolo e l’altitudine del sito di campionamento sono emersi come drivers principali della struttura della comunità virale, in combinazione con il contenuto di calcio del terreno.

Sviluppi futuri

Lo studio ha svelato una rete potenzialmente intricata di interazioni virali familiari con ripercussioni reciproche e verso l’ambiente ospite, tuttavia sono necessari ulteriori approfondimenti. “Le sfide future­­ affermano gli autori del progetto includono il collegamento dei virus del suolo ai loro ospiti affini, esplorando i contributi dei virus al funzionamento dell’ecosistema e incorporando le loro interazioni e funzioni ecologiche in modelli di ecosistema suolo”.

Angela Chimienti

Fonte:

  • Evelien M. Adriaenssens, Rolf Kramer, Marc W. Van Goethem, Thulani P. Makhalanyane, Ian Hogg and Don A. Cowan, Environmental drivers of viral community composition in Antarctic soils identified by viromics, Microbiome (2017) 5:83|DOI 10.1186/s40168-017-0301-7 [Open Access] Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Crediti immagini:

  • Figura 1: Evelien M. Adriaenssens, Rolf Kramer, Marc W. Van Goethem, Thulani P. Makhalanyane, Ian Hogg and Don A. Cowan, Environmental drivers of viral community composition in Antarctic soils identified by viromics, Microbiome (2017) 5:83 | DOI 10.1186/s40168-017-0301-7 [Open Access] Creative Commons Attribution 4.0 International License.
  • Immagine in evidenza: “Tupanvirus”, Jônatas Abrahão [Public domain], via Wikimedia Commons.

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