Effect of the host tree genotype and the fire recurrence on fungal communities in mediterranean pine forests

• Autores: Leticia Pérez Izquierdo
• Directores de la Tesis: Ana Rincón Herranz (dir. tes.), Marc Buée (dir. tes.), Soledad Sanz Alférez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Miguel Verdú del Campo (presid.), Luis Eduardo Hernández Rodríguez (secret.), Agustín Probanza Lobo (voc.), Xavier Parladé Izquierdo (voc.), Pierre Emmanuel Courty (voc.), José Ignacio Querejeta Mercader (voc.), Luis Gonzaga García Montero (voc.)
• Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Microbiología
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología vegetal (botánica)
      • Ecología vegetal
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • La mayoría de estudios en ecología se han centrado en las comunidades vegetales, mientras que las comunidades microbianas del suelo han recibido mucha menos atención. Sin embargo, los microorganismos son un componente esencial de los ecosistemas forestales ya que están directamente involucrados en los ciclos de nutrientes y en la productividad de los árboles. Así pues, dilucidar sus relaciones con el entorno ambiental constituye actualmente uno de los mayores retos en ecología de comunidades fúngicas.

    El objetivo principal de esta tesis fue estudiar las respuestas estructurales y funcionales de las comunidades microbianas (principalmente fúngicas) a importantes factores bióticos y abióticos (identidad y/o genotipo de la especie arbórea, estacionalidad, compartimiento edáfico, recurrencia de incendios) en ecosistemas forestales de pinos Mediterráneos, así como explorar los posibles mecanismos que regulan estas interacciones planta-microorganismos-ambiente.

    Para lograr estos objetivos, se estudiaron las propiedades del suelo y las comunidades microbianas en dos compartimentos edáficos (raíces cortas y matriz del suelo) mediante diferentes enfoques metodológicos combinando metagenómica (454 GS-FLX pirosecuenciación, Miseq) y técnicas filogenéticas, así como determinaciones enzimáticas y espectroscopia del infrarrojo (NIRs / MIRs) en suelos. Para llevar a cabo el estudio, se utilizaron tres diseños experimentales independientes.

    Nuestros resultados demostraron que la identidad y el genotipo de las especies arbóreas, junto con las variaciones espacio-temporales y el régimen de incendios, fueron factores clave para determinar los procesos edáficos y modular las respuestas estructurales y funcionales de las comunidades fúngicas y bacterianas en los bosques de pino Mediterráneo. Además, se detectó la impronta del genotipo del arbol, la estacion y el regimen de incendios sobre la calidad de los suelos.

    Se observaron diferentes respuestas estructurales de consorcios de hongos y bacterias ecológicamente y filogenéticamente distintos, y se identificaron procesos ecosistémicos concretos asociados a clados filogenéticos específicos. En particular, se observó que el genotipo Mediterraneo de Pinus pinaster, más productivo, generaba diferente calidad de suelo y asociaba diferentes ensamblajes de hongos ectomicorrícicos, con prevalencia de Basidiomicetes. Asimismo, el genotipo del árbol moduló la nube microbiana de su rizosfera, donde las Proteobacterias prevalecían bajo los genotipos más productivos. La estructura filogenética de la comunidad de hongos y bacterias explicaron procesos ecosistémicos relacionados con los ciclos del C, N y P.

    La alta recurrencia de incendios provocó el agrupamiento filogenético de las comunidades fúngicas del suelo en bosques de Pinus halepensis, donde los Basidiomicetes estaban sobrerrepresentados. Estos ajustes estructurales implicaron consecuencias funcionales en los procesos relacionados con el ciclado de nutrientes. Los distintos ensamblajes fúngicos de Pinus pinaster y P. halepensis divergieron en su respuesta funcional al régimen de incendios. Además, se puso en evidencia la separación espacial y la diferenciación de nicho entre la rizosfera y la matriz del suelo. El enfoque filogenético emerge como herramienta importante para estudiar las relaciones entre la diversidad microbiana y el funcionamiento de los ecosistemas. Al mismo tiempo, hemos desarrollado un nuevo marcador molecular potencialmente utilizable en estudios de metagenómica con muestras ambientales con el objetivo de vincular composición de la comunidad fúngica con su funcionalidad.

    Nuestros resultados proporcionan una visión holística de las interrelaciones planta-microorganismos-ambiente, dando evidencias para entender y predecir las principales variables que estructuran las comunidades de hongos en los bosques de pino Mediterráneo, así como los efectos potenciales de esos cambios estructurales en relevantes procesos ecosistémicos. Comprender el papel de las interrelaciones planta-suelo-microorganismos y los mecanismos subyacentes que determinan la diversidad y los patrones funcionales a nivel de ecosistema, nos permitirá hacer predicciones para abordar futuros escenarios de cambio climático en bosques Mediterráneos y fomentar el manejo sostenible de estos ecosistemas especialmente vulnerables.