Metagenoma di Suoli in Condizioni Estreme

L'impatto del fuoco sull'ecosistema suolo è stato solo di recente considerato in relazione alla sua rilevanza sulla risposta degli ecosistemi forestali. Questo studio propone di valutare l'effetto del fuoco sulla diversità della comunità microbica e l'attività di un suolo forestale tramite screening molecolare (PCR-DGGE) del DNA estratto. Per quanto riguarda il fingerprinting del DNA, è stata analizzata sia la frazione di DNA intracellulare (iDNA) che extracellulare (eDNA) del suolo, considerando le importanti implicazioni ecologiche ed evolutive del DNA extracellulare nel suolo (Horizontal Gene Transfer). Il fingerprinting genetico (DGGE) condotto sulle frazioni di eDNA e di iDNA ha mostrato dei cambiamenti sulla struttura delle comunità microbiche del suolo, indotte dal fuoco. Questi cambiamenti sono stati più evidenti per i funghi che per batteri, suggerendo che le comunità microbiche fungine sono più sensibili al fuoco, ma sono anche in grado di rispondere prontamente ai cambiamenti indotti dall’incendio. Le linee di studio future prevedono di combinare tali dati con quelli relativi al cDNA derivante dal pool di RNA totale del suolo ed anche con analisi di espressione di geni che codificano per la beta-glucosidasi e proteasi, al fine di valutare l'impatto del fuoco sulle caratteristiche microbiologiche del suolo, anche in termini di attività funzionale e metabolica . In una seconda parte del lavoro, lo stesso suolo bruciato è stato studiato valutando l’effetto del fuoco sugli aggregati del suolo che rappresentano la sua unità strutturale di base, forniscono microhabitat speciali e vengono assunti per proteggere sia la materia organica del suolo che il microbiota contro gli effetti negativi di condizioni ambientali difficili. Per valutare l’effetto protettivo sul microbiota del suolo e sul DNA del suolo, sono state ottenute per setacciatura a secco, dalla frazione < 2 mm, tre differenti classi di aggregati: 1-0,5 mm, 500-100 µm e <100 µm. Tutte le classi di aggregati sono state valutate sia in termini di biomassa microbica (iDNA double strand) che di struttura delle comunità microbiche, batteriche e fungine. Per valutare l'effetto dell’ossidazione e dell’alta temperatura sul DNA del suolo, anche in questo caso è stato analiticamente discriminato il metagenoma del suolo nella frazione di eDNA e di iDNA mediante estrazione sequenziale del DNA e fingerprinting genetico comparativo (PCR-DGGE) delle due frazioni di DNA considerate. Il fine-tuning DNA analyses evidenzia l’effetto protettivo a livello delle varie classi dimensionali degli aggregati, non solo sulla frazione di iDNA ma anche di eDNA, ponendo particolare attenzione verso quest’ultima che potrebbe rappresentare un aspetto ecologico importante legato alla ripresa e alla conservazione della biodiversità dopo un evento di disturbo come un incendio. Nel secondo caso studio di suoli in condizioni estreme, è stata valutata nel tempo la funzionalità di due differenti suoli, recuperati tramite fitostabilizzazione assistita: un suolo collocato nel distretto minerario Cartagena –La Union (Spagna) ed un suolo del Nord della Svezia, vicino Slagnas. Tramite fingerprinting genetico comparativo (PCR-DGGE) è stata valutata la frazione di DNA totale (tDNA) in entrambi i suoli, così da avere un quadro descrittivo della struttura delle popolazioni microbiche, batteriche e fungine, subito dopo il trattamento e dopo qualche anno, osservando in entrambi i casi, un cambiamento nella struttura delle comunità microbiche a livello dei suoli trattati che fa presupporre come questi ultimi tendano probabilmente verso un nuovo equilibrio ecologico post trattamento, possibilmente più complesso e dinamico del precedente. The fire impact on the soil ecosystem was only recently considered in relation to its relevance on the response of forest ecosystems. The aim of this study is to evaluate the fire effect on the microbial community diversity and the activity of a forest soil through molecular screening (PCR - DGGE) of soil extracted DNA. As regards the DNA fingerprinting, it has been analyzed both the intracellular DNA (iDNA) and extracellular (eDNA) soil fraction, considering the important ecological and evolutionary implications of soil extracellular DNA (Horizontal Gene Transfer) . The genetic fingerprinting (DGGE) conducted on eDNA and iDNA fractions showed changes on the soil microbial community structure induced by fire. These changes were more evident for the fungi than for bacteria, suggesting that the microbial fungal communities are more susceptible to fire, but they are also able to respond quickly to changes due to fire. The future study/research lines expect to combine these data with the ones of cDNA arising from the total soil RNA pool. The study of soil microbial activity has been implemented by expression analysis of beta-glucosidase- and protease-encoding genes in order to value the fire impact on soil microbiological characteristics, also in functional and metabolic activity terms. In the second part of the work, the same burned soil has been studied by evaluating the fire effect on soil aggregates, which are their soil basic structural unit, they provide special microhabitats and protect the soil organic matter and the soil microbiota against the negative effects of extreme environmental conditions. To assess the protective effect on the soil microbiota and on the soil DNA, from the fraction < 2 mm were obtained by dry sieving three different aggregates classes: 1-0,5 mm, 500-100 µm and < 100 µm. All aggregates classes were evaluated both in terms of microbial biomass (iDNA double strand) and structure of microbial, bacterial and fungal communities. To assess the effect of oxidation and high temperature on the soil DNA, also in this case has been analytically discriminated the soil metagenome in the eDNA and iDNA soil fractions by sequential extraction of DNA and comparative genetic fingerprinting (PCR - DGGE) of the two soil DNA fractions considered. The fine-tuning DNA analysis showed the protective effect at the level of the different size of aggregates, not only on the iDNA, but also on the eDNA fraction, by paying particular attention to the soil edNA fraction, that could be a significant environmental aspect related to the biodiversity recovery and conservation after fire. In the second study about soil extreme conditions, it was evaluated during the time the functionality of two different soils, after a phytostabilization assisted intervention. The first sampling area is in Cartagena -La Union (Spain) and the second area is in northern Sweden, near Slagnäs. Through the comparative genetic fingerprinting (PCR - DGGE) it was evaluated the total DNA fraction (tDNA) in both soils, that showed a change in the treated soil microbial communities structure in both analyzed conditions. The soils probably tend to a new ecological post-treatment balance possibly more complex and dynamic: the actual technique effectiveness will be tested through further monitoring in the long time.