Biocrust parmi l'un de ses nombreux habitats naturels, prises à environ 20 milles du site d'échantillonnage (près de l'arche de Corona, Moab, UTAH). Crédit :Tami Swenson
Terres arides, qui couvrent environ 40 pour cent de la surface terrestre de la Terre, sont trop secs pour supporter beaucoup de végétation. Mais loin d'être stérile, ils abritent diverses communautés de micro-organismes, notamment des champignons, bactéries, et archaea-qui habitent ensemble dans les premiers millimètres du sol. Ces croûtes biologiques du sol, ou des biocroûtes, peut exister pendant de longues périodes dans un endroit desséché, état dormant. Quand il pleut, les microbes deviennent métaboliquement actifs, mettant en branle une cascade d'activités qui modifie considérablement à la fois la structure de la communauté et la chimie du sol.
"Ces biocroûtes et autres microbiomes du sol contiennent une énorme diversité de microbes et de petites molécules ("métabolites"). Cependant, le lien entre la diversité chimique des sols et la diversité microbienne est mal compris, " dit Trent Northen, un scientifique principal au Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab).
Dans un article publié le 2 janvier, 2018, dans Communication Nature , Les chercheurs du Berkeley Lab dirigés par le laboratoire Northen rapportent que des composés spécifiques sont transformés et fortement associés à des bactéries spécifiques dans la croûte biologique native du sol (biocrust) à l'aide d'une suite d'outils que Northen appelle "exométabolomique". Comprendre comment les communautés microbiennes des biocroûtes s'adaptent à leurs environnements difficiles pourrait fournir des indices importants pour aider à faire la lumière sur les rôles des microbes du sol dans le cycle mondial du carbone.
Le travail fait suite à une étude de 2015 qui a examiné comment des composés spécifiques de petites molécules appelés "métabolites" ont été transformés dans un mélange d'isolats bactériens provenant d'échantillons de biocroûte cultivés dans un milieu de métabolites du même sol. « Nous avons découvert que les microbes que nous avons étudiés étaient des mangeurs « difficiles », " Northen a déclaré. "Nous avons pensé que nous pourrions utiliser cette information pour lier ce qui est consommé à l'abondance des microbes dans la communauté intacte, reliant ainsi la biologie à la chimie.
La croûte biologique est maintenue principalement par des exopolysaccharides produits par la cyanobactérie filamenteuse, M. vaginatus. Des échantillons de terrain ont été collectés dans des boîtes de Pétri. Dans le laboratoire, ils ont été retirés de la vaisselle, coupés et placés dans des plaques multipuits avant d'ajouter de l'eau. Crédit :Tami Swenson
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont cherché à déterminer si les relations microbe-métabolite observées dans le système simplifié d'éprouvettes pouvaient être reproduites dans un environnement de sol plus complexe. Les biocroûtes de même provenance - représentant quatre étapes successives de maturation - étaient humides, et l'eau du sol a été échantillonnée à cinq points dans le temps. Les échantillons ont été analysés par chromatographie liquide-spectrométrie de masse (LC-MS) pour caractériser la composition en métabolites ("métabolomique"), et l'ADN de la croûte biologique a été extrait pour le séquençage au fusil de chasse afin de mesurer les marqueurs génétiques à copie unique pour l'espèce microbienne dominante ("métagénomique").
"Lorsque nous comparons les schémas d'absorption et de production de métabolites pour des bactéries isolées qui sont liées aux microbes les plus abondants trouvés dans les croûtes biologiques, on trouve que, passionnant, ces modèles sont maintenus, " dit Northen. l'abondance accrue d'un microbe donné est corrélée négativement avec les métabolites qu'ils consomment et positivement corrélée avec les métabolites qu'ils libèrent.
Lorsqu'il est actif, les biocroûtes absorbent le dioxyde de carbone atmosphérique et fixent l'azote, contribuant à la productivité primaire de l'écosystème. Ils transforment également la matière organique du sol, modifier les propriétés clés liées à la fertilité du sol et à la disponibilité de l'eau.
De l'eau ordinaire a été ajoutée pour imiter un événement pluvieux. Les microbes dans la croûte biologique deviennent métaboliquement actifs immédiatement après le mouillage. Comme on le voit ici, M. vaginatus devient vert et libère de l'oxygène. Crédit :Tami Swenson
"Cette étude suggère que les études en laboratoire sur le traitement des métabolites microbiens peuvent aider à comprendre le rôle de ces microbes dans le cycle du carbone dans l'environnement. Cette étude nous rapproche de la compréhension des réseaux trophiques complexes qui sont vitaux dans la dynamique des nutriments et la fertilité globale du sol, " a déclaré le premier auteur de l'étude, Tami Swenson, un associé en ingénierie scientifique dans le groupe de Northen au sein de la division de la génomique environnementale et de la biologie des systèmes (EGSB) du Berkeley Lab Biosciences Area.
Le groupe de Northen travaille actuellement à étendre ces études pour capturer une plus grande fraction de la diversité microbienne. Finalement, cela peut permettre la prédiction du cycle des nutriments dans les écosystèmes microbiens terrestres, et peut-être même la manipulation en ajoutant des métabolites spécifiques.
