Estudiar las comunidades microbianas en los arrozales del Delta del San Joaquín, los investigadores vincularon el metabolismo microbiano y la disponibilidad de nutrientes con las tasas de ciclo del carbono del suelo.

Establecer las interrelaciones entre el metabolismo microbiano, La disponibilidad de nutrientes y las tasas de ciclo del carbono del suelo son fundamentales para aplicar la información genómica para comprender el ciclo global del carbono. Al mostrar cómo el metabolismo microbiano está regulado por el ciclo de nutrientes acoplado y la disponibilidad de carbono del suelo, los investigadores demuestran cómo los estudios de genómica de las comunidades microbianas se pueden escalar al nivel de los ecosistemas, lo que contribuirá a una comprensión más profunda de los procesos ecológicos y ayudará al desarrollo de mejores modelos globales del ciclo del carbono.

Para comprender mejor la relación entre el ciclo del carbono, disponibilidad de nutrientes, y comunidades microbianas en el suelo, es necesario realizar estudios a través de un gradiente de nutrientes. Los campos de arroz son modelos de sistemas de humedales que permiten a los investigadores centrarse en las variables biogeoquímicas elegidas, mientras se controlan factores como el agua y la vegetación. Junto a los humedales restaurados de la isla Twitchell hay campos de arroz con contenidos de carbono en el suelo que pueden variar entre el 2,5 y el 25 por ciento. cubriendo gran parte de la gama global de carbono que se encuentra en los suelos. Los humedales son de interés para el Departamento de Energía de EE. UU. Para comprender el papel de las comunidades microbianas en los impactos a largo plazo sobre las emisiones de carbono y el secuestro de carbono. Estos ecosistemas pueden atrapar hasta el 30 por ciento del carbono global del suelo, pero contribuyen con casi el 40 por ciento de las emisiones globales de metano. brindando una oportunidad para comprender sus roles como sumideros de carbono y fuentes de carbono. Investigadores del Joint Genome Institute, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, estudió los ecosistemas de la isla Twitchell en el delta Sacramento-San Joaquin, donde el Servicio Geológico de EE. UU. realizó un estudio piloto sobre humedales restaurados.

Una combinación de secuenciación metagenómica de muestras de suelo, La caracterización biogeoquímica y las mediciones semanales de emisiones de gases de efecto invernadero llevaron a los resultados del equipo, publicado en el Revista ISME . Los hallazgos sugieren que las tasas metabólicas microbianas se alinean con la teoría de la estequiometría biológica, una teoría metabólica de la ecología que sugiere que los organismos con tasas de crecimiento más rápidas requieren más fósforo para aumentar la síntesis de proteínas ricas en nitrógeno. Hasta ahora, esta teoría no se había aplicado a los microbios del suelo in situ debido a limitaciones metodológicas, que los científicos abordaron utilizando un enfoque genómico novedoso.

Estudiar las comunidades microbianas en estos suelos, los investigadores encontraron que la velocidad a la que los microbios descomponen la materia orgánica está acoplada a la disponibilidad de carbono, nitrógeno y fósforo en los suelos. Específicamente, la disponibilidad de fósforo es un factor clave para determinar las tasas de ciclo del carbono del suelo. Una abundancia de fósforo aumenta la actividad microbiana y las tasas metabólicas, lo que a su vez significa una mayor rotación de carbono. El fósforo más bajo en suelos con alto contenido de carbono puede ayudar a estabilizar el carbono acumulado, mientras que los suelos con alto contenido de fósforo pueden perder más rápidamente las reservas de carbono. Estas asociaciones a escala del ecosistema también se reflejaron en los datos genómicos de los microbios del suelo que impulsan el ciclo de los elementos del suelo. Se evaluaron los datos de la secuencia del metagenoma del suelo para determinar el potencial microbiano para metabolizar el carbono, nitrógeno y fósforo, mientras que el software de perfiles funcionales predictivos permitió a los investigadores comparar las compensaciones en estas funciones entre los linajes microbianos. Este enfoque reveló grupos de secuencias del genoma que podrían agruparse en "gremios" basados ​​en perfiles genómicos de genes metabólicos, que los investigadores utilizaron para desarrollar nuevos modelos predictivos de la composición de la comunidad microbiana y el ciclo del carbono del suelo. Este trabajo es un avance importante hacia la comprensión de la relación entre las comunidades microbianas y los nutrientes del suelo y los efectos de esas interacciones en la actividad y la salud del ecosistema.