Microbial diversity and composition in grasslands: Spatial drivers and biotic structures

Abstract

Les pastures consisteixen principalment en gramínies i altres herbàcies, i són un dels paisatges més presents mundialment. Malgrat haver estat àmpliament estudiats, encara hi ha moltes incògnites relacionades amb la diversitat microbiana dels seus sòls i la seva distribució. Arran d'això, aquest treball estudia els patrons de diversitat en diferents prats de la península ibèrica, amb especial èmfasi en les estructures biòtiques. En aquest treball hem estudiat dades de seqüenciació d'última generació de prats alpins, rotlles de bruixa d'una pastura montana de Catalunya i diferents deveses del sud de la península. Aquestes dades a més han estat combinades amb dades de lipidómica per a poder així augmentar la informació disponible. Malgrat els principals actors de la diversitat mirobiana aparentment són grans factors abiòtics a gran escala, les estructures biològiques són una gran font de diversitat taxonòmica i funcional. Dins dels diferents parcs nacionals de muntanya hem trobat un gradient de diversitat contrari en bacteris i fongs. Mentre que la diversitat bacteriana augmenta cap al sud de la península, la diversitat fúngica aconsegueix el seu màxim als parcs del nord peninsular. En els rotlles de bruixes, malgrat no trobar canvis en diferents índexs de diversitat, sí que s'han trobat patrons diferents en la composició i en la xarxa de co-ocurrència de microorganismes i lípids de membrana. Així, mentre les xarxes de co-ocurrència que només inclouen les dades de seqüència semblen ser explicades per la posició dins del rotlle de bruixa, les dades que combinen seqüències i lípids de membrana semblen ser explicades per la identitat dels anells. Finalment, s'ha vist com els arbres en les deveses, ecosistemes formats per arbres dispersos i pastura, si bé per si mateixos no generen grans diferències en la diversitat taxonòmica, sí que s'ha trobat una interacció amb altres factors ambientals com la especie d’arbre i la estacionalitat afectant sobretot la diversitat funcional que es troba.

Los pastos consisten principalmente de gramíneas y otras herbáceas y son uno de los paisajes más presentes mundialmente. A pesar de haber sido ampliamente estudiados todavía hay muchas incógnitas relacionadas con la diversidad microbiana de sus suelos y su distribución. A raíz de ello, este trabajo estudia los patrones de diversidad en distintos prados de la península ibérica con especial hincapié en las estructuras bióticas. En este trabajo hemos estudiado datos de secuenciación de última generación de prados alpinos, corros de bruja de un pasto montano de Cataluña y distintas dehesas del sur de la península. Estos datos además han sido combinados con datos de lipidómica para poder así aumentar la información disponible. A pesar de que los principales actores de la diversidad mirobiana aparentemente son grandes factores abióticos a gran escala, las estructuras biológicas son una gran fuente de diversidad taxonómica y funcional. Dentro de los distintos parques nacionales de montaña hemos encontrado un gradiente de diversidad contrario en bacterias y hongos. Mientras que la diversidad bacteriana aumenta hacia el sur de la península, la diversidad fúngica alcanza su máximo en los parques del norte peninsular. En los corros de brujas, a pesar de no encontrar cambios en distintos índices de diversidad, sí que se han encontrado patrones distintos en la composición y en la red de co-ocurrencia de microorganismos y lípidos de membrana. Así, mientras las redes de co-ocurrencia que sólo incluyen los datos de secuencia parecen ser explicadas por la posición dentro del corro de brujas, los datos que combinan secuencias y lípidos de membrana parecen ser explicado por la identidad de los anillos. Por último, se ha visto cómo los árboles en las dehesas, ecosistemas que consisten en pastos con árboles dispersos, si bien por sí mismos no generan grandes diferencias en la diversidad taxonómica, sí que se ha encontrado una interacción con otros factores ambientales como la especie del árbol o la estacionalidad afectando sobre todo a la diversidad funcional que se encuentra.

Grasslands consist mainly of grasses and other herbaceous plants and are one of the most present landscapes worldwide. Although they have been extensively studied, there are still many unknowns related to the microbial diversity of their soils and their distribution. Therefore, this work studies the diversity patterns in different grasslands of the Iberian Peninsula with special emphasis on biotic structures. In this work we have studied nextgeneration sequencing data from alpine meadows, fairy rings of a montane grassland in Catalonia and different dehesas in the south of the peninsula. These data have also been combined with lipidomics data in order to increase the available information. Although the main actors of microbial diversity are apparently large-scale abiotic factors, biological structures are a great source of taxonomic and functional diversity. Within the different mountain national parks, we found an opposite diversity gradient in bacteria and fungi. While bacterial diversity increases towards the south of the peninsula, fungal diversity reaches its maximum in the northern parks. In the fairy rings, although we did not find changes in different diversity indices, we did find different patterns in the composition and co-occurrence network of microorganisms and membrane lipids. Thus, while the co-occurrence networks that only include sequence data seem to be explained by the position within the fairy rings, the data that combine sequences and membrane lipids seem to be explained by the identity of the rings. Finally, it has been shown how trees in dehesas, an ecosystem consisting of a grassland with scattered Quercus sp. trees, although they do not generate large differences in taxonomic diversity by themselves and do interact with other environmental factors such as seasonality and tree species, affecting above all the functional diversity found.