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Disertación de Maestría
DOI
10.11606/D.11.2018.tde-03052018-170659
Documento
Autor
Nombre completo
Kelly Jaqueline Alves
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Piracicaba, 2018
Director
Tribunal
Andreote, Fernando Dini (Presidente)
Mui, Tsai Siu
Nakayama, Cristina Rossi
Taketani, Rodrigo Gouvêa
Título en portugués
Comunidades de arquéias metanogênicas em diferentes usos dos solos da Amazônia
Palabras clave en portugués
165 rRNA
mcrA
Enriquecimento
Metano
Resumen en portugués
A conversão de áreas de florestas da Amazônia em áreas agrícolas e pastoris desregula processos relacionados ao estoque de carbono, sendo considerada depois da queima de combustíveis fósseis a atividade que mais contribui com a emissão de gases do efeito estufa, dentre os quais se encontra o metano. A produção de metano é intermediada pelas arquéias metanogênicas, que atuam na decomposição anaeróbia da matéria orgânica. Portanto, para compreender as alterações do fluxo desse gás no ecossistema amazônico, é necessário que as comunidades microbianas envolvidas nesse processo sejam estudadas. Dessa forma, o presente estudo teve por objetivo monitorar e caracterizar comunidades de arquéias metanogênicas, por análises de enriquecimento destas comunidades, em amostras de solo provenientes de floresta primária, floresta secundária e pastagem da região amazônica. As amostras de solo foram colocadas em meio enriquecido com a adição de acetato, metanol ou H2:CO2, separadamente, para estimular os metabolismos aceticlástico, metilotrófico e hidrogenotrófico. O monitoramento desses cultivos foi realizado por análises de emissão de metano por cromatografia gasosa, quantificação do gene mcrA pela técnica de PCR quantitativo (qPCR) e caracterização da comunidade metanogênica por meio de microscopia e sequenciamento da região V4-V5 do gene 16S rRNA. Analisando a emissão de metano entre os três tipos de fontes de carbono para as três amostras de solo, os enriquecimentos com metanol apresentaram uma produção maior de metano em relação as amostras com o acetato e muito superior aos cultivos com atmosfera de H2:CO2. A maior média de produção de metano ocorreu nos enriquecimentos com metanol, indicando que a via metilotrófica embora considerada alternativa, pode ser importante na produção de metano no solo amazônico. Por meio da técnica de qPCR foi possível quantificar o gene mcrA das amostras de pastagens logo no tempo inicial da incubação, o que não foi possível para as amostras florestais. No tempo final, o número de cópias desse gene foi similar para os três perfis de solo. Foi possível observar pela caracterização fenotípica dos enriquecimentos agregados de células característicos do gênero Methanosarcina, gênero que foi identificado posteriormente pelo sequenciamento do gene 16S rRNA, além de células em formatos de bastonetes e cocos. Os resultados do sequenciamento permitiram identificar 7 grupos distintos de arqueias metanogênicas, afiliados aos filos Euryarchaeota e Bathyarchaeota. Nas amostras iniciais de pastagens foram identificadas sequências que se afiliaram a todos esses grupos, enquanto as amostras florestais apresentaram sequencias afiliadas apenas ao gênero Methanosarcina. A composição final da comunidade das amostras de pastagens foi similar a inicial, porém mais abundante. Os enriquecimentos de amostras de solo de floresta primária e secundária apresentaram uma composição distinta, devido ao enriquecimento de grupos que não foram identificados no início da incubação. Os resultados obtidos mostraram que embora as arqueias metanogênicas estejam em baixa abundância nos solos florestais, podem ser enriquecidos quando submetidos a condições favoráveis, atingindo produção de metano e alcançando composição similar as amostras de pastagens.
Título en inglés
Communities of methanogenic archaeas in different uses of Amazonian soils
Palabras clave en inglés
16S rRNA
mcrA
Enrichment
Methane
Resumen en inglés
Amazonian forest conversion into agricultural and livestock areas disrupts processes related to carbon stock, being considered, after the fossil fuels burning, the activity contributes most to greenhouse gases emission, of which is methane. Methane production is mediated by methanogenic archaea, acting in organic matter anaerobic decomposition. Therefore, to understand the changes in the flow of this gas in the Amazonian ecosystem, it is necessary to study microbial communities involved in this process. This study aims to monitor and characterize methanogenic archaeal communities by population enrichment from soil samples collected in primary, secondary and pasture of the Amazon region. Soil samples were placed into an enriched medium and received separately acetate, methanol, and H2:CO2 to stimulate the three metabolism types: acetoclastic, methylotrophic and hydrogenotrophic. Monitoring was performed by methane emission analysis by gas chromatography, mcrA quantification by the quantitative PCR and the community characterization was performed by microscopy and sequencing of the V4-V5 region of the 16S rRNA gene. Analyzing the methane emission by the three types of carbon sources in the three soil samples, methanol enrichments presented a higher methane yield than the acetate samples and much larger than cultures with H2:CO2. These results indicate that methylotrophic pathway, although considered as an alternative, may be important in methane production in the Amazonian soil. Was possible to quantify the mcrA gene by qPCR from pasture samples at the initial incubation time, which was not possible for forest samples. In incubation final time, copies number of this gene was similar for the three soil profiles. The phenotypic characterization of enrichments revealed aggregated cells, characteristic of the genus Methanosarcina, later identified by 16S rRNA sequencing. The cells in rod-shaped and cocci formats were also observed. Was identify by sequencing 7 different methanogenic archaeas groups affiliated with Euryarchaeota and Bathyarchaeota phylum. In the initial pasture samples, were identified sequences affiliated with all these groups, while forest samples presented sequences affiliated with only a Methanosarcina genus. Pasture samples showed a final community composition similar to initial, however more abundant. Soil samples enrichment from primary and secondary forest presented a distinct composition due to groups enrichment that was not identified at incubation beginning. These results showed that although methanogenic archaeas are in low abundance in forest soils, they can be enriched when submitted to favorable conditions, archive methane production and reaching similar composition pasture samples.
 
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Fecha de Publicación
2018-05-11
 
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