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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.64.2023.tde-04092023-150624
Document
Author
Full name
Luis Felipe Guandalin Zagatto
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2023
Supervisor
Committee
Mui, Tsai Siu (President)
Bramante, Veridiana de Lara Weiser
Hanada, Rogério Eiji
Title in Portuguese
O feedback planta-solo e suas implicações na restauração ecológica na transição Mata Atlântica-Cerrado
Keywords in Portuguese
Biodiversidade
Ecótono
Estrutura da comunidade
Metagenoma
Microbioma
Abstract in Portuguese
Em florestas, as árvores são as principais responsáveis por definir as interações que ocorrem acima e abaixo do solo. Por sua vez, o solo é um ecossistema complexo e vital que abriga uma vasta diversidade de organismos, que desempenham funções cruciais no ambiente, como a decomposição da matéria orgânica, a disponibilização de nutrientes e a formação de associações simbióticas com as plantas. As constantes interações entre as plantas e as características bióticas e abióticas do solo geram uma dinâmica de feedback planta-solo que tem papel fundamental na estruturação e manutenção das comunidades. Altamente degradada, a Mata Atlântica é a segunda maior floresta pluvial tropical do continente, existindo no estado de São Paulo diversas áreas de transição entre este bioma e o Cerrado que sofrem com ações antrópicas. Nos contextos atuais de mudanças climáticas e de degradação dos ecossistemas, muitas funções exercidas pela microbiota do solo estão sendo perdidas, o que tornam os esforços para sua recuperação essenciais para a sobrevivência dos biomas. Portanto, este trabalho teve como objetivo caracterizar a composição taxonômica, a diversidade e a estrutura de comunidades de microrganismos presentes em solos de uma área nativa de Mata Atlântica, uma de Cerrado e uma de transição Mata Atlântica-Cerrado (ecótono) no estado de São Paulo, bem como relacionar a estrutura dessas comunidades à características químicas e bioquímicas dos solos estudados. Para isso, amostras de solo coletadas em cada uma destas áreas e submetidas a diferentes análises: o DNA genômico total das amostras de solo foi extraído e submetido ao sequenciamento metagenômico do tipo shotgun; a atividade das enzimas extracelulares fosfatase ácida, fosfatase alcalina, beta-glicosidase e arilsulfatase foram avaliadas; e os parâmetros químicos (macro e micronutrientes, matéria orgânica e pH) e físicos (textura) do solo foram acessados. A partir deste estudo, foi possível observar que os solos das áreas de Mata Atlântica, ecótono e Cerrado diferiram em algumas propriedades químicas (pH do solo e quantidade de ferro, fósforo e manganês disponíveis) e bioquímicas (enzimas fosfatases ácida e alcalina), o que influenciou as comunidades microbianas. A estrutura das comunidades microbianas foi modulada pela diversidade beta, mesmo que não tenha havido diferenças quanto à diversidade alfa. A composição das comunidades microbianas e a abundância relativa foi semelhante para bactérias e fungos nos solos das três áreas, porém a abundância relativa de arqueias foi maior nos solos da área de Cerrado. Além disso, a comunidade de microrganismos do solo da área de Mata Atlântica se mostrou mais complexa e resiliente do que a comunidade presente no solo da área de Cerrado. Portanto, os resultados deste estudo fornecem ideias sobre como a estrutura das comunidades microbianas diferem ao longo de um gradiente de vegetação entre a Mata Atlântica e o Cerrado, indicando que as comunidades microbianas presentes no solo de Cerrado estudado são menos resilientes, estando mais suscetíveis a distúrbios, o que pode impactar a comunidade vegetal presente acima do solo
Title in English
Plant-soil feedback and its implications for ecological restoration in the Atlantic Forest-Cerrado transition
Keywords in English
Biodiversity
Community structure
Ecotone
Metagenome
Microbiome
Abstract in English
In forests, trees are the main responsible for defining interactions that occur above and below ground. The soil is a complex and vital ecosystem that harbors a vast diversity of organisms, which perform crucial functions in the environment, such as decomposition of organic matter, nutrient availability, and formation of symbiotic associations with plants. Thus, constant interactions between plants and biotic and abiotic soil characteristics generate a plant-soil feedback dynamic that plays a fundamental role in structuring and maintaining communities. Highly degraded, the Atlantic Forest is the second largest tropical rainforest on the American continent, with several transition areas between this biome and the Cerrado in the state of São Paulo suffering from anthropogenic actions. In the current context of climate change and ecosystem degradation, many of the functions performed by soil microbiota are being lost, making efforts for their recovery essential for the survival of these biomes. Therefore, this work aimed to characterize the taxonomic composition, diversity, and structure of microbial communities present in soils of a native Atlantic Forest area, a transition zone (ecotone), and a Cerrado area in the state of São Paulo, as well as to relate the structure of these communities to chemical and biochemical soil characteristics. For this purpose, soil samples collected from each of these areas were subjected to different analyses: total genomic DNA from soil samples was extracted and subjected to shotgun metagenomic sequencing; extracellular enzyme activities, including acid phosphatase, alkaline phosphatase, beta-glucosidase, and arylsulfatase, were evaluated; and soil chemical (macro and micronutrients, organic matter, and pH) and physical (texture) parameters were assessed. The results indicate that the soils from the Atlantic Forest, ecotone, and Cerrado areas differed in some chemical (soil pH and available iron, phosphorus, and manganese) and biochemical (acid and alkaline phosphatase enzyme activities) properties, which influenced microbial communities. Additionally, microbial community structure was modulated by beta diversity, even though there were no differences in alpha diversity. Microbial community composition and relative abundance were similar for bacteria and fungi in soils from all three areas, but the relative abundance of archaea was higher in soils from the Cerrado area. Moreover, the soil microbial community in the Atlantic Forest area was more complex and resilient than the community present in the Cerrado area. The results of this study provide insights into how microbial community structure differs along a vegetation gradient between the Atlantic Forest and the Cerrado, indicating that microbial communities present in the studied Cerrado soil are less resilient, making them more susceptible to disturbances that can impact the plant community present above ground
 
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Publishing Date
2023-10-10
 
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