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

Una recente ricerca (Lucia Žifčáková et al., 2017), condotta nel Bohemian Forest National Park, Repubblica Ceca, e pubblicata sulla rivista scientifica Microbiome, ha descritto le differenze stagionali nell’utilizzo del carbonio nel terreno forestale e il coinvolgimento di vari membri del microbioma del suolo in questo processo.

Le foreste di conifere dell’emisfero settentrionale, oltre a offrire un meraviglioso paesaggio, rappresentano significativi pool globali di carbonio (C).
Quando si parla di questo importante elemento chimico, bisogna ricordare che gli alberi degli ecosistemi forestali giocano un ruolo saliente, in quanto mediano l’afflusso di carbonio, contribuendo alla deposizione dello stesso e alla respirazione del suolo.
Questi eventi essenziali sono mediati dai microrganismi. Nella lettiera e nel terreno dei boschi di conifere sempreverdi, infatti, si verificano trasformazioni significative del carbonio. Inoltre, 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 di funghi e batteri. La lettiera è ricca di taxa saprofitici, mentre i funghi ectomicorrizici (ECM), in questo ecosistema rappresentati per lo più da Basidiomycota, tendono a dominare il terreno. L’abbondanza relativa di microbi, invece, aumenta con la profondità e la composizione delle comunità si diversifica sia nella lettiera sia nel suolo.

Cosa comportano queste premesse? E qual è la quota relativa di funghi e batteri coinvolti nell’utilizzo del carbonio nel suolo forestale?

Lo studio di Lucia Žifčáková e colleghi ha mostrato 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. La prima è stata utilizzata per caratterizzare il potenziale funzionale dei taxa individuali per la produzione di CAZymes, mentre la seconda 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.

L’effetto della stagionalità

La trascrizione dei geni codificanti per gli enzimi che degradano l’amido o il trealosio (composti di riserva) è risultata elevata in inverno, mentre un’alta trascrizione di enzimi ligninolitici e cellulosici, prodotti principalmente dai funghi, ha dominato l’estate. Durante quest’ultima, inoltre, si è registrato un turnover della biomassa fungina più veloce rispetto a quello invernale, proprio a causa dell’elevata attività degli enzimi coinvolti.
Quanto alle differenze stagionali nella trascrizione della glicosidasi e dei geni degli enzimi ausiliari, queste sono apparse più pronunciate nel suolo piuttosto che nella lettiera.
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.

Nel complesso, per quanto sia i funghi sia i batteri abbiano contribuito alla trascrizione di CAZy, le evidenze hanno messo in luce il ruolo principale dei funghi nei processi di degradazione, come confermato dal fatto che proprio questi microrganismi hanno prodotto 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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