Perfilado de células individuales revela impulsores ocultos de la liberación de fósforo en sedimentos

Área de la Ciencia:

• Microbiología Ambiental
• Ecología Acuática
• Biogeoquímica

Sus antecedentes:

• Las entradas externas de fósforo están disminuyendo, pero la liberación interna de fósforo de los sedimentos alimenta la eutrofización y las floraciones de algas.
• El estudio de las bacterias solubilizadoras de fósforo (PSB) in situ es un desafío debido a los sesgos de cultivo y las desconexiones entre los perfiles genéticos y la función celular.
• Comprender la interacción entre la actividad de las PSB y la adaptación genética en los sedimentos es crucial para gestionar la liberación interna de fósforo.

Objetivo del estudio:

• Cuantificar las actividades in situ de PSB solubilizadoras de fósforo en diferentes estados tróficos (eutrófico, mesotrófico, oligotrófico).
• Investigar la actividad fenotípica y las estrategias genéticas adaptativas de las PSB en entornos sedimentarios heterogéneos.
• Elucidar los mecanismos de liberación endógena de fósforo e informar las estrategias de gestión de lagos.

Principales métodos:

• Espectroscopía Raman de célula única combinada con marcado con óxido de deuterio (Raman-D2O) para medir la actividad metabólica in situ.
• Clasificación celular activada por Raman seguida de secuenciación metagenómica para vincular la función microbiana con la composición genética.
• Análisis de la especiación del fósforo y los flujos de liberación en la interfaz sedimento-agua.

Principales resultados:

• Actividades distintas de PSB solubilizadoras de fósforo in situ cuantificadas en sedimentos eutróficos, mesotróficos y oligotróficos.
• Las PSB inorgánicas fueron dominantes y más activas en sedimentos eutróficos, lo que se correlacionó con la liberación de fósforo.
• Las PSB orgánicas predominaron en sedimentos oligotróficos, y taxones de bajo número, como Bacillus y Acinetobacter, impulsaron desproporcionadamente la movilización de fósforo.
• Las PSB de sedimentos eutróficos mostraron enriquecimiento en genes de fosfatasa e hidrólisis de ácido orgánico, mientras que las PSB oligotróficas favorecieron transportadores de alta afinidad y genes de almacenamiento de polifosfato.

Conclusiones:

• Los regímenes de nutrientes dan forma significativamente a los rasgos metabólicos y las estrategias genéticas adaptativas de las PSB.
• Se avanzan los conocimientos mecanísticos sobre la dinámica del fósforo microbiano, destacando el papel de las PSB en la liberación endógena de fósforo.
• Los hallazgos proporcionan una base teórica para optimizar la gestión de lagos para mitigar los riesgos de eutrofización impulsados por la carga interna de fósforo.