Methane (CH4) constitutes the second most important greenhouse gas after CO2, and accounts for up to 2030% of global warming. Significant accumulation of CH4 in the atmosphere (~44%) is associated with land-use change. In soil, CH4 production and oxidation rates are intrinsically linked, and driven by methanogens (archaea) and methanotrophs (bacteria) which are, at the same time, shaped by edaphic and environmental conditions. This arises as a relevant issue due to the increasing intensification of agriculture, particularly in the context of climate change. This thesis focused on the characterization of methanogenic and methanotrophic communities and their response to land-use change in tropical and temperate forests. The thesis consists of three chapters presented in scientific manuscript format. The study in Chapter 1 was addressing the impact of forest-to-pasture conversion on CH4-cycling communities in Rondonia, Brazil, through metagenomic sequencing and high-resolution taxonomic and functional analysis, exploring biotic and abiotic factors influencing these microbial groups. Chapter 2 delves deeper into the study of forest-to-pasture conversion in another region of the Amazon Basin (Pará, Brazil) to identify the abiotic drivers of methanogenic and methanotrophic communities in forest and pasture soils. In this chapter, CH4 fluxes and edaphic parameters were measured in two seasons (wet and dry), two soil types (sandy and clayey) and four soil depths. The analyses included ~280 samples of 16S rRNA sequencing, the isotopic composition of CH4 samples, and soil physical and chemical properties. The study in Chapter 3, performed in Ontario, Canada, aims to compare the structure and activity of methanogens and methanotrophs in five riparian buffer systems with contrasting plant coverage in an agricultural landscape. Soils samples were collected during CH4 emissions hotspots, and DNA and cDNA samples were sequenced using nPCR-amplicons from pmoA gene (methanotrophs) and archaeal 16S rRNA (methanogens). Overall, our results provide strong evidence of the transformation of CH4-cycling communities due to land-use change, and identifies key abiotic drivers behind these microbial changes

O metano (CH4) é o segundo gás de efeito estufa mais importante depois do CO2, responsável por 20-30% do aquecimento global. O acúmulo significativo de CH4 na atmosfera (~ 44%) está associado a mudanças no uso da terra. No solo, a produção e a oxidação de CH4, assim como o balaço entre estes processos, são realizadas por arquéias metanogênicas e bactérias metanotróficas, que são ao mesmo tempo moldadas por condições edáficas e ambientais. O estudo destes processos surge como uma questão relevante devido à crescente intensificação da agricultura, no contexto das mudanças climáticas. Esta tese buscou a caracterização de comunidades metanogênicas e metanotróficas e sua resposta às mudanças no uso da terra em florestas tropicais e temperadas. A tese é composta por três capítulos apresentados em formato de manuscritos científicos. No Capítulo 1, foi abordado o impacto da conversão de floresta a pastagem sobre as comunidades microbianas associadas à ciclagem do CH4 em Rondônia, Brasil, por meio de sequenciamento metagenômico e análise taxonômica e funcional de alta resolução, explorando fatores bióticos e abióticos que influenciam esses grupos microbianos. O Capítulo 2 se aprofunda no estudo da conversão de floresta a pastagem em outra região da Bacia Amazônica (Pará, Brasil) para identificar os determinantes abióticos das comunidades metanogênicas e metanotróficas em solos de floresta e pastagem. Neste capítulo, fluxos de CH4 e parâmetros edáficos foram avaliados em duas estações (chuvosa e seca), dois tipos de solo (arenoso e argiloso) e quatro profundidades de solo. As análises incluíram ~ 280 amostras de sequenciamento de 16S rRNA, composição isotópica de amostras de CH4, e propriedades físicas e químicas do solo. O Capítulo 3 traz estudo realizado em Ontário, Canadá, e visa comparar a estrutura e a atividade das comunidades metanogênica e metanotrófica em cinco diferentes sistemas de vegetação ripária em uma paisagem agrícola. Amostras de solo foram coletadas durante picos de emissões de CH4. Amostras de DNA e cDNA foram sequenciadas para os genes pmoA (metanotróficos) e 16S rRNA de arquéias. No geral, os resultados fornecem evidências da transformação das comunidades metanogênica e metanotrófica, devido a mudanças no uso da terra, e indicam os principais determinantes dessas mudanças nas comunidades microbianas