Un equipo dirigido por el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía ha descubierto cómo ciertos microbios del suelo sobreviven en un ambiente pobre en fósforo para sobrevivir en un ecosistema tropical. Su enfoque novedoso podría aplicarse en otros ecosistemas para estudiar diversas limitaciones de nutrientes e informaragricultura y modelado de biosfera terrestre.
El fósforo es un nutriente crítico para los procesos biológicos globales, como la recolección de la energía del sol durante la fotosíntesis y la degradación de los desechos de las plantas y la materia orgánica del suelo. La mayoría de los ecosistemas tropicales soportan la intemperie a largo plazo que filtra el fósforo del suelo.
El equipo dirigido por ORNL se propuso descubrir cómo las comunidades microbianas del suelo responden a la falta de fósforo y otras deficiencias de nutrientes a nivel molecular.
Recolectaron muestras de suelo en el Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales en la República de Panamá, un sitio de campo experimental con parcelas ricas en fósforo y parcelas de control sin fertilizar.
"Este era el lugar perfecto para probar la teoría de búsqueda óptima, que es un modelo que ayuda a predecir el comportamiento de un organismo al buscar recursos", dijo Chongle Pan, científico senior de ORNL y profesor asociado en la Universidad de Tennessee ".Aprendimos cómo se desarrolla esta teoría cuando se aplica a las comunidades microbianas, ya que compiten por los nutrientes ".
El equipo analizó los comportamientos de muchos genes y proteínas, y en el suelo no tratado con deficiencia de fósforo, encontraron un mayor número de genes responsables de producir enzimas que adquieren fósforo. También descubrieron más de 100 genes que trabajan para extraer el fósforodel fitato, que es un compuesto orgánico complejo que se encuentra en el tejido vegetal.
"Encontrar tantos genes para separar y transportar una molécula tan compleja nos dice que los microbios tienen hambre de fósforo en el suelo no tratado", dijo Melanie Mayes, científica senior de ORNL que estudia procesos ambientales a gran escala.
Por el contrario, señaló que cuando el fósforo era abundante, había más genes necesarios para adquirir compuestos de carbono complejos. "La comunidad microbiana prioriza la descomposición de los nutrientes más necesarios, enfocando los esfuerzos en el elemento más limitante para equilibrar sus necesidades nutricionales generales," ella dijo.
El equipo analizó cada muestra de suelo a través de una serie de análisis rigurosos e integrales. El DOE Joint Genome Institute realizó una secuenciación profunda de los metagenomas del suelo o material genético recuperado directamente del suelo. ORNL luego utilizó espectrometría de masas y metaproteómica para identificar másde 7,000 proteínas en cada muestra.
La supercomputadora Titan de ORNL analizó rápidamente las grandes cantidades de datos de metagenómica y metaproteómica, comparando actividades microbianas en suelos ricos en fósforo y pobres. Los científicos del Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales caracterizaron aún más la materia orgánica de los suelos en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico.
Estas herramientas únicas que trabajan juntas permitieron uno de los estudios de proteogenómica más profundos realizados en comunidades microbianas del suelo, según Pan.
El equipo dirigido por ORNL planea continuar su investigación para caracterizar la ecología y la evolución de las comunidades microbianas del suelo en entornos pobres en nutrientes, que tiene aplicaciones en la agricultura y el modelado de la biosfera terrestre en todo el mundo. Además, Mayes y su equipo están incorporando información metagenómica enmodelos de ciclo de nutrientes bajo un Premio del Programa de Investigación de Carrera Temprana del DOE.
Los resultados de su estudio de tres años titulado, "La proteogenómica comunitaria revela el impacto sistémico de la disponibilidad de fósforo en las funciones microbianas en el suelo tropical", se publicaron en Ecología y evolución de la naturaleza .
Los coautores del artículo incluyeron a Qiuming Yao, Zhou Li, Yang Song, Melanie A. Mayes y Chongle Pan de ORNL; S. Joseph Wright y Benjamin L. Turner del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales; Terry C. Hazen, Universidad de Tennessee-Presidente del gobernador de ORNL para biotecnología ambiental; Xuan Guo de UT; Susannah G. Tringe del DOE Joint Genome Institute; y Malak M. Tfaily y Ljiljana Paša-Tolic del Pacific Northwest National Laboratory.
La investigación fue apoyada por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por el Laboratorio en ORNL. La secuencia metagenómica fue realizada por el DOE Joint Genome Institute y los análisis de materia orgánica del suelo se realizaron usando espectrometría de masas por resonancia de ciclotrón iónico transformada de Fourier por el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales del PNNL,ambas instalaciones de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE. Este trabajo también aprovechó la instalación de informática de liderazgo de Oak Ridge, una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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