De nouveaux modèles prédictifs de la diversité bactérienne du sol ont été développés

UNIVERSITY PARK, Pa. – Un nouvel ensemble de modèles quantitatifs incorporant le pH dans la théorie métabolique de l’écologie (MTE) a été développé par une équipe internationale comprenant le professeur adjoint de sciences végétales de Penn State Francisco Dini Andreote.

Le travail est inclus dans un nouvel article publié par les Actes de l’Académie nationale des sciences, intitulé, « Intégrer le pH dans la théorie métabolique de l’écologie pour prédire la diversité bactérienne dans le sol. »

« Les sols sont les écosystèmes les plus complexes et les plus riches en biodiversité de la planète », a déclaré Dini-Andreote, membre du Penn State’s Centre du microbiome. « Dans les sols, la diversité microbienne joue un rôle indispensable dans les cycles anaboliques et cataboliques du carbone, de l’azote et du soufre, sans lesquels la diversité des formes de vie, y compris les plantes, les animaux et d’autres microbes, qui ont évolué sur notre planète n’aurait pas existé. été possible. En outre, l’amélioration de notre capacité à prédire les modèles de biodiversité des sols est essentielle pour mieux comprendre comment le changement climatique affectera le fonctionnement du sol et comment les microbes du sol réagiront aux changements de température et de régimes de précipitations.

D’une manière générale, la théorie métabolique de l’écologie relie les taux de diversification des organismes (c’est-à-dire le taux métabolique d’un organisme) à la taille et à la température corporelle des organismes, a expliqué Dini-Andreote. Sur la base des facteurs paramétrés dans le MTE, les chercheurs ont introduit la variation du pH local comme une variable supplémentaire qui agit comme un filtre sélectif strict de la biodiversité dans les sols, affectant les espèces de microbes qui agissent et survivent dans le sol.

En tenant compte de tous ces facteurs (taux métabolique, masse et température) ainsi que du pH, les chercheurs ont pu saisir et expliquer des variations auparavant inexpliquées dans la relation entre les propriétés édaphiques du sol (les propriétés physiques, chimiques et biologiques du sol ).sol). ), la température et les schémas biogéographiques de la diversité bactérienne. L’équipe a ensuite testé et validé ses modèles à plusieurs échelles, telles que les taux de diversification des souches bactériennes individuelles, les communautés du sol à l’échelle locale et continentale, produisant des résultats robustes.

« En superposant ces modèles, les chercheurs peuvent commencer à mieux comprendre les schémas de distribution microbienne dans les sols et commencer à répondre à des questions de longue date sur le terrain, telles que : ‘Qu’est-ce qui détermine la variation de la biodiversité des sols ?’ et ‘Comment modéliser et prédire les changements dynamiques de la biodiversité des sols ?’ dit Dini-Andréote.

«Avec cela, nous pourrons mieux exploiter le potentiel génomique et fonctionnel de ces micro-organismes du sol pour les manipuler efficacement et obtenir des résultats souhaitables. Ces résultats vont des fonctions essentielles de l’écosystème, telles que le stockage du carbone dans le sol, à la manipulation de micro-organismes bénéfiques associés aux plantes pour améliorer la productivité des cultures dans l’agriculture. »

Cette étude représente également un point de jonction pour l’intégration d’autres variables dans ces modèles quantitatifs, telles que la variation de l’humidité et de la salinité du sol, entre autres. Les auteurs envisagent de nouvelles voies de recherche à venir qui amélioreront considérablement la capacité des scientifiques à comprendre la distribution des espèces microbiennes du sol et les différentes façons dont elles fonctionnent en tant qu’ingénieurs des processus et services écosystémiques essentiels dans les sols. .

« La bourse de recherche du Dr Dini-Andreote met en lumière l’abondance du microbiome du sol et les processus et mécanismes qui façonnent la santé du sol. Du sol vers le haut, les communautés microbiennes connectent différents écosystèmes à mesure que les micro-organismes circulent du sol vers les hôtes et inversement. Avec le sol en tant que plus grand réservoir de diversité microbienne sur Terre, cet important travail appelle à l’action alors que les sols changent et se dégradent en raison du changement climatique, de l’érosion et de la contamination chimique », a déclaré Seth Bordenstein, directeur du Penn State Microbiome Center, Dorothy Foehr Huck et J Chaire Lloyd Huck des sciences du microbiome, professeur de biologie et d’entomologie.

Avec Dini-Andreote, les autres auteurs des articles incluent Lu Luan, Académie chinoise des sciences, Chine ; Yuji Liang, Académie chinoise des sciences, Chine, et Faculté des sciences naturelles, Université Massey, Nouvelle-Zélande ; Thomas W. Crowther, Ecole polytechnique fédérale de Suisse, Suisse ; Pengfa Li, Mohammad Bahram, Université agricole de Nanjing, Chine, Institut d’écologie et des sciences de la Terre, Université de Tartu, Estonie, et Université suédoise des sciences agricoles, Suède ; Jie Zheng, Académie chinoise des sciences, Chine ; Qinsong Xu, Université normale de Nanjing, Chine ; Xue-Xian Zhang, Université Massey, Nouvelle-Zélande ; et Bo Sun, Académie chinoise des sciences, Chine.

Cette étude a été soutenue par la National Natural Science Foundation for Excellent Young Scholars of China, le programme clé de la National Natural Science Foundation of China, la National Natural Science Foundation of China, l’Association pour la promotion de l’innovation des jeunes de l’Académie chinoise des sciences, le Jiangxi Province Double Thousand Plan, la China Postdoctoral Science Foundation et le New Zealand MBIE Catalytic Fund.