Εδαφική Μικροβιακή Ποικιλότητα Και Βλάστηση Σε Μεσογειακά Οικοσυστήματα

Abstract

Πλαίσιο Οι εδαφικοί μικροοργανισμοί αποτελούν βασικούς συντελεστές των χερσαίων οικοσυστημάτων στην αποικοδόμηση της οργανικής ύλης και στην ανακύκλωση των θρεπτικών, με κεντρικό ρόλο στους βιογεωχημικούς κύκλους, όπως ο κύκλος του αζώτου. Παρ’ όλο που έχουν γίνει αρκετές μελέτες όσον αφορά τους περιβαλλοντικούς παράγοντες που διαμορφώνουν τη διανομή τους, υπάρχει ένα έλλειμμα γνώσης που αποτελεί και τον κύριο περιοριστικό παράγοντα για την ενσωμάτωση των εδαφικών μικροοργανισμών στις διαχειριστικές πρακτικές των εδαφών κυρίως σε μη καλλιεργούμενα εδάφη.Στόχοι Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν να συνεισφέρει, εξετάζοντας συγκεκριμένους τύπους χερσαίων ενδιαιτημάτων της Μεσογείου, α) στη μελέτη της σχετικής αφθονίας των νιτροδοποιητικών οργανισμών (ΑΟΑ, ΑΟΒ), β) στη μελέτη της γενετικής ποικιλότητας των νιτροδωποιητικών εδαφικών μικροοργανισμών (ΑΟΑ, ΑΟΒ) και των παραγόντων που συμβάλλουν στη διαμόρφωση των χωρικών προτύπων της, γ) στη μελέτη της γενετικής ποικιλότητας γενικότερα των βακτηριακών κοινοτήτων και των παραγόντων που συμβάλλουν στη διαμόρφωση των χωρικών προτύπων της, δ) στη μελέτη των δυνατοτήτων που μπορεί να έχει η χρήση μικροσυστοιχιών τρίτης γενιάς στην αναγνώριση ομάδων των μικροβιακών κοινοτήτων και ε) στη φυλογενετική ανάλυση των εδαφικών μικροοργανισμών τους.Μεθοδολογία Η συλλογή εδαφικών δειγμάτων έγινε από περιοχές που αντιπροσωπεύονται τύποι ενδιαιτημάτων του σχήματος NATURA2000. Από τις εδαφολογικές αναλύσεις και από επίγειες μετρήσεις συλλέχθηκαν εδαφολογικά δεδομένα και δεδομένα βλάστησης. Οι μοριακοί δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν τα γονίδια που κωδικοποιούν για το ενεργό κέντρο της αμμωνιακής μονοοξυγενάσης νιτροδωποιητικών βακτηρίων και αρχαίων (amoA genes), καθώς και το γονίδιο που κωδικοποιεί για την μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος βακτηρίων και αρχαίων (16S rRNA). Η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της γενετικής ποικιλότητας βακτηρίων και αρχαίων ήταν η ανάλυση πολυμορφισμών μήκους ακραίων τμημάτων περιορισμού (TRFLP). Η PCR πραγματικού χρόνου (Real-Time PCR) χρησιμοποιήθηκε για την ποσοτικοποίηση των μικροοργανισμών στα περιβαλλοντικά δείγματα. Η κατασκευή βιβλιοθηκών κλώνων έγινε κατά Sager και η μικροσυστοιχία που επελέγη ήταν η σειρά PhyloChip τρίτης γενιάς (G3) της εταιρίας Affymetrix. Αποτελέσματα Όπου κατέστη δυνατή η ανίχνευση των ΑΟΑ βάσει του amoA γονιδίου, τα ΑΟΑ φάνηκε να υπερτερούν αριθμητικά έναντι των ΑΟΒ σε αντίγραφα γονιδίου ανά gr ξηρού εδάφους. Ο λογάριθμος του λόγου ΑΟΑ/ΑΟΒ φάνηκε ότι συσχετίζεται θετικά με το εδαφικό pH. Η γενετική ποικιλότητα των νιτροδωποιητικών οργανισμών ΑΟΑ και ΑΟΒ βάσει του amoA γονιδίου φάνηκε ότι δεν μπορεί να ερμηνευτεί με βάση τον τύπο του ενδιαιτήματος κατά NATURA2000, αλλά ως ένα βαθμό μπορεί να ερμηνευτεί με στατιστικά σημαντικό τρόπο από κάποιες οικογένειες ξυλωδών ειδών. Η γενετική ποικιλότητα των βακτηριακών εδαφικών κοινοτήτων βάσει του 16S rRNA γονιδίου δεν διαφοροποιείται με βάση τον τύπο του ενδιαιτήματος κατά NATURA2000, ούτε οι εδαφολογικές παράμετροι φαίνεται να έχουν στατιστικά σημαντικό ρόλο στη διαφοροποίηση, αλλά ακολουθείται ένα άλλο πρότυπο στο οποίο φαίνεται ότι συμμετέχει το υψόμετρο με κάποιες οικογένειες ξυλωδών ειδών. Παρ’ όλο που ο τύπος ενδιαιτήματος δεν μπορεί να ερμηνεύσει τη μεταβλητότητα των εδαφικών βακτηρίων στις περιοχές μελέτης, η χρήση του PhyloChip G3 μπορεί να εντοπίσει βακτηριακές ομάδες που ομαδοποιούνται με βάση τον τύπο του ενδιαιτήματος. Το ίδιο φαίνεται να ισχύει και για το PhyloChip G3 όσον αφορά τα αρχαία, στα οποία όμως, σε αντίθεση με το PhyloChip G3 για βακτηριακές κοινότητες, αδυνατεί να εντοπίσει ομάδες αρχαίων που ομαδοποιούνται με βάση τον τύπο του ενδιαιτήματος. Η φυλογενετική ταξινόμηση των νιτροδωποιητικών οργανισμών (ΑΟΑ, ΑΟΒ) της περιοχής μελέτης ανέδειξε ότι αυτά ομαδοποιούνται σε λίγους κλάδους, ενώ η φυλογενετική ανάλυση γενικά των βακτηριακών κοινοτήτων δείχνει ότι η δομή τους εμφανίζει χαρακτηριστικά που είναι διασκορπισμένα μεταξύ πολλών φυλογενετικών ομάδων. Από τα βακτήρια και τα αρχαία που εντοπίστηκαν από τη χρήση του PhyloChip G3 ταυτοποιήθηκαν σε επίπεδο φύλου σημαντικές ομάδες μικροοργανισμών που υπάρχουν στις περιοχές που μελετήθηκαν.Συμπεράσματα Με βάση τα αποτελέσματα μεταξύ άλλων μπορούμε να συμπεράνουμε: α) ότι υποστηρίζεται η υπόθεση κυριαρχίας των ΑΟΑ έναντι των ΑΟΒ στα χερσαία οικοσυστήματα της Μεσογείου, παρ’ όλο που τα διαθέσιμα δεδομένα διεθνώς δεν είναι ακόμη αρκετά, β) ότι πιθανότατα η έκβαση που οδηγεί στην κυριαρχία των ΑΟΑ προκύπτει από μηχανισμούς που ελέγχονται από διαφορετικές εδαφολογικές παραμέτρους, γ) ότι οι τιμές του λόγου ΑΟΑ/ΑΟΒ στα μη καλλιεργούμενα χερσαία οικοσυστήματα της Μεσογείου σε σύγκριση με τις τιμές του λόγου άλλων μεγακοινοτήτων (biomes) κυμαίνονται σε χαμηλότερα επίπεδα, δ)ότι η σχέση μεταξύ οικογενειών ξυλωδών φυτικών ειδών και γενετικής ποικιλότητας εδαφικών νιτροδωποιητικών οργανισμών αλλά και γενικότερα των βακτηριακών εδαφικών κοινοτήτων πιθανότατα διαφοροποιείται με το υψόμετρο, ε) ότι η λεπτομερής άντληση φυλογενετικών πληροφοριών, που επιτυγχάνεται με τις συγκεκριμένες μικροσυστοιχίες, είναι εις βάρος της άντλησης λειτουργικών οικολογικών πληροφοριών και στ) ότι οι συγκεκριμένες μικροσυστοιχίες είναι κατάλληλες και για παρακολούθηση μεταβολών των εδαφικών μικροβιακών κοινοτήτων σε επίπεδο φύλου ανεξαρτήτως τύπου ενδιαιτήματος.