_ Îmbunătățirea predicțiilor climatice prin dezvăluirea secretelor microbilor din sol

Modelele climatice sunt esențiale pentru prezicerea și abordarea schimbărilor climatice, dar nu pot reprezenta în mod adecvat microbii din sol, un actor esențial în captarea carbonului din ecosistem din sol, care afectează ciclul global al carbonului.

O echipă de oameni de știință condusă de Laboratorul Național Lawrence Berkeley al Departamentului de Energie (Berkeley Lab) a dezvoltat un nou model care încorporează informații genetice de la microbi. Acest nou model le permite oamenilor de știință să înțeleagă mai bine cum anumiți microbi din sol stochează eficient carbonul furnizat de rădăcinile plantelor și ar putea informa strategiile agricole de conservare a carbonului în sol în sprijinul creșterii plantelor și atenuării schimbărilor climatice.

" Cercetările noastre demonstrează avantajul adunării informațiilor genetice ale microorganismelor direct din sol. Anterior, aveam doar informații despre un număr mic de microbi studiați în laborator", a declarat cercetătorul postdoctoral de la Berkeley Lab Gianna Marschmann, autorul principal al lucrării.

„Deținerea de informații despre genom ne permite să creăm modele mai bune capabile să prezică modul în care diferite tipuri de plante, culturi sau chiar soiuri specifice pot colabora cu microbii din sol pentru a capta mai bine carbonul. În același timp, această colaborare poate îmbunătăți sănătatea solului.”

Această cercetare este descrisă într-o nouă lucrare care a fost publicată recent în revista Nature Microbiology. Autorii corespunzători sunt Eoin Brodie de la Berkeley Lab și Jennifer Pett-Ridge de la Lawrence Livermore National Lab, care conduce proiectul „Microbes Persist” Soil Microbiome Scientific Focus Area.

Microbii din sol ajută plantele să acceseze nutrienții din sol și rezistă la secetă, boli și dăunători. Impactul lor asupra ciclului carbonului este deosebit de important de reprezentat în modelele climatice, deoarece afectează cantitatea de carbon stocată în sol sau eliberată în atmosferă sub formă de dioxid de carbon în timpul procesului de descompunere.

Prin construirea propriilor corpuri. din acel carbon, microbii îl pot stabiliza (sau stoca) în sol și pot influența cât de mult și pentru cât timp rămâne carbonul stocat sub pământ. Relevanța acestor funcții pentru agricultură și climă este observată ca niciodată.

Cu toate acestea, cu doar un gram de sol care conține până la 10 miliarde de microorganisme și mii de specii diferite, marea majoritate a microbilor nu au avut niciodată fost studiat în laborator. Până de curând, oamenii de știință au trebuit să informeze că aceste modele proveneau doar de la o mică minoritate de microbi studiați în laborator, mulți dintre aceștia care nu au legătură cu cei care au nevoie de reprezentare în modele climatice.

„Acesta este ca și cum a construi un model de ecosistem pentru un deșert bazat pe informații de la plante care cresc doar într-o pădure tropicală”, a explicat Brodie.

Pentru a face față acestei provocări, echipa de oameni de știință a folosit direct informațiile genomului pentru a construi un model capabil să fie adaptat oricărui ecosistem au nevoie de studiu, de la pajiștile din California până la dezghețarea permafrostului din Arctica. Cu modelul care folosește genomul pentru a oferi informații despre modul în care funcționează microbii din sol, echipa a aplicat această abordare pentru a studia interacțiunile plante-microbiom într-un pășuni din California. Pășunile sunt importante din punct de vedere economic și ecologic în California, alcătuind mai mult de 40% din suprafața terenului.

Cercetarile s-au concentrat asupra microbilor care trăiesc în jurul rădăcinilor plantelor (numiți rizosferă). Acesta este un mediu important de studiat deoarece, în ciuda faptului că reprezintă doar 1-2% din volumul solului Pământului, se estimează că această zonă rădăcină reține până la 30-40% din carbonul Pământului stocat în sol, mare parte din acest carbon fiind eliberat de rădăcini. pe măsură ce cresc.

Pentru a construi modelul, oamenii de știință au simulat microbi care cresc în mediul rădăcină, folosind date de la Centrul de cercetare și extindere Hopland de la Universitatea din California. Cu toate acestea, abordarea nu se limitează la un anumit ecosistem. Deoarece anumite informații genetice corespund unor trăsături specifice, la fel ca la oameni, relația dintre genom (pe care se bazează modelul) și trăsăturile microbiene este transferabilă microbilor și ecosistemelor din întreaga lume.

Echipa a dezvoltat o nouă modalitate de a prezice trăsăturile importante ale microbilor care afectează cât de repede folosesc carbonul și nutrienții furnizați de rădăcinile plantelor. Folosind modelul, cercetătorii au demonstrat că, pe măsură ce plantele cresc și eliberează carbon, apar strategii distincte de creștere microbiană din cauza interacțiunii dintre chimia rădăcinilor și trăsăturile microbiene.

În special, au descoperit că microbii cu o rată de creștere mai lentă. au fost favorizate de tipurile de carbon eliberate în etapele ulterioare ale dezvoltării plantelor și au fost surprinzător de eficiente în utilizarea carbonului, permițându-le să stocheze mai mult din acest element cheie în sol.

Această nouă observație oferă o bază pentru îmbunătățirea modului în care Interacțiunile rădăcină-microb sunt reprezentate în modele și îmbunătățesc capacitatea de a prezice modul în care microbii influențează schimbările asupra ciclului global al carbonului în modelele climatice.

„Această cunoaștere nouă are implicații importante pentru agricultură și sănătatea solului. modelele pe care le construim, este din ce în ce mai posibil să folosim o nouă înțelegere a modului în care carbonul circulă prin sol. Aceasta, la rândul său, deschide posibilități de a recomanda strategii de conservare a carbonului valoros în sol pentru a sprijini biodiversitatea și creșterea plantelor la scări fezabile pentru a măsura impactul, „, a spus Marschmann.

Cercetarea evidențiază puterea utilizării abordărilor de modelare bazate pe informații genetice pentru a prezice trăsăturile microbiene care pot ajuta la luminarea microbiomului solului și a impactului acestuia asupra mediului.

(Fluierul)