Studie zeigt genomisches Potenzial aktiver mikrobieller Bodenpopulationen unter simulierten Winterbedingungen

Wissenschaftler schätzen, dass nördliche Moore ein Drittel des Bodenkohlenstoffs der Erde enthalten. Dies macht sie zu wichtigen Ökosystemen für die Kohlenstoffspeicherung, die Kohlendioxid aus der Atmosphäre fernhält und den Klimawandel kontrolliert. In nördlichen Torfgebieten können die Kohlenstoffverluste aus dem Boden während des Winters die Kohlenstoffspeicherung während der warmen Vegetationsperiode übersteigen. Dies liegt vor allem an der Aktivität von Mikroben, insbesondere Bakterien, die organische Stoffe im Boden abbauen. Viren können andere Mikroben töten oder verlangsamen. Dies kann die Menge der aus dem Boden freigesetzten Kohlenstoffmikroben verringern.

Wissenschaftler wissen jedoch nicht, ob Viren im Winter aktiv sind, wenn Moorböden unter dem Gefrierpunkt liegen und keinen Sauerstoff enthalten. Um besser zu verstehen, wie Mikroben in Moorböden während der Wintermonate interagieren, wurde in einer Studie, die in veröffentlicht wurde Mikrobiom, inkubierten Forscher arktische Torfböden unter winterlichen Bedingungen. Anschließend analysierten sie die Mikroben und ihre Aktivität im Boden, um zu verstehen, wie die Mikroben Kohlendioxid aus diesen Bodenproben freisetzten.

Nördliche Moore verändern sich aufgrund des Klimawandels schnell. Die Erwärmung könnte sie von einer Kohlenstoffsenke zu einer Kohlenstoffquelle verlagern, Kohlendioxid in die Erdatmosphäre einbringen und zur Erwärmung des Klimas beitragen. Diese Studie ergab, dass arktische Böden unter Winterbedingungen einen kleinen Anteil aktiver Bakterien, aber einen großen Anteil aktiver Viren enthalten. Die Wechselwirkung zwischen diesen Bakterien und Viren kann dazu beitragen, den Kohlenstoffverlust aus Torfböden im Winter zu kontrollieren. Diese Informationen werden den Forschern helfen, die zukünftige Freisetzung von Kohlenstoff aus arktischen Böden vorherzusagen.

Forscher schätzen, dass die Kohlenstoffverluste im Winter in nördlichen Ökosystemen größer sind als die während der durchschnittlichen Vegetationsperiode aufgenommene Kohlenstoffmenge und hauptsächlich durch mikrobielle Zersetzer verursacht werden. Viren modulieren den mikrobiellen Kohlenstoffkreislauf über induzierte Sterblichkeit und Stoffwechselkontrollen, aber die Forscher wissen nicht, ob Viren unter Winterbedingungen (anoxische Temperaturen und Temperaturen unter dem Gefrierpunkt) aktiv sind.

Diese Studie verwendete zielgerichtete Metagenomik mit stabiler Isotopensondierung (SIP), um das genomische Potenzial aktiver mikrobieller Bodenpopulationen unter simulierten Winterbedingungen aufzudecken, wobei der Schwerpunkt auf Viren und Virus-Wirts-Dynamik lag. Arktische Torfböden wurden bei anoxischen Bedingungen unter dem Gefrierpunkt mit mit Sauerstoff 18 angereichertem Wasser oder Wasser mit natürlichem Überfluss für 184 und 370 Tage inkubiert. Die Forscher sequenzierten 23 SIP-Metagenome und identifizierten 46 Bakterienpopulationen (die 9 Phyla umfassen) und 243 Viruspopulationen, die während der Inkubation aktiv Sauerstoff-18 im Boden aufgenommen und Kohlendioxid eingeatmet haben.

Aktive Bakterienpopulationen stellten nur einen kleinen Teil der nachgewiesenen mikrobiellen Gemeinschaft dar und waren in der Lage, zu fermentieren und organisches Material abzubauen. Im Gegensatz dazu stellten aktive Viruspopulationen einen großen Teil der nachgewiesenen Virusgemeinschaft dar, und ein Drittel war mit aktiven Bakterienpopulationen verbunden. Vor dieser Arbeit wurden nie virale Aktivitäten unter Minusgraden im Boden bestätigt. Es gab einen deutlichen Unterschied in der Identität und Funktion der aktiven bakteriellen und viralen Gemeinschaft im Vergleich zu der unmarkierten Gemeinschaft, die bei einer nicht zielgerichteten metagenomischen Standardanalyse übersehen worden wäre. Es ist entscheidend, die Identität, funktionelle Kapazität und Aktivitäten von Bakterien und Viren zu verstehen, die den Kohlenstoffumsatz in Böden im Winter verursachen, um ihre biogeochemischen Auswirkungen besser vorhersagen zu können.