Засуха меняет почвенные микробы

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США и Университета штата Канзас обнаружили, что высыхание почвы значительно влияет на структуру и функции почвенных микробных сообществ.

Прогнозируется, что потепление климата приведет к увеличению масштабов и интенсивности засух на высокоплодородных и продуктивных лугах центральной части США. Эти почвы хранят большие запасы углерода. Последствия уменьшения влажности почвы из-за засухи для цикла углерода и других ключевых биогеохимических циклов, осуществляемых почвенными микробиомами, в значительной степени неизвестны.

В этом исследовании использовался нецелевой омиксный подход для определения метафеномного ответа микробного сообщества почвы на влажность и выявления конкретных метаболических сигнатур этого ответа.

Методология:

• Почву собрали на трех участках полевой станции в Канзасе.
• Образцы инкубировали 15 дней в сухих или влажных условиях и сравнивали с контрольными образцами с естественной полевой влажностью.
• Ответ микробиома на увлажнение или высыхание оценивали с помощью секвенирования ампликонов 16S рРНК, метатранскриптомики и метаболомики.
• Исследователи оценили resulting shifts in taxa, gene expression, and metabolites.

Ключевые результаты:

• Высыхание почвы привело к значительным изменениям как в составе, так и в функциях почвенного микробиома.
• Наблюдались сдвиги в экспрессии специфических метаболических путей, например, тех, что ведут к производству сахаров и других осмопротекторных соединений (например, трегалозы) для выживания микробов в условиях засухи.
• После увлажнения произошло мало изменений.
• Комбинированные метаболомные и метатранскриптомные данные использовали для построения metabolite-reaction networks, чтобы определить метафеномный ответ на изменение влажности почвы.

Это исследование демонстрирует применение мульти-омиксного подхода для расшифровки деталей реакции почвенного микробного сообщества на изменение окружающей среды. Подход применим и к изучению других сложных микробных систем. Несмотря на высокую сложность почвенной среды, с помощью этого подхода можно получить представление о влиянии экологических изменений на физиологию и функции почвенного микробиома, закладывая основу для будущих целевых исследований.