DNA metabarcoding-based characterization of diversity and composition of microalgal communities in global drylands

Drylands, areas with an Aridity Index below 0.65, occupy more than 40% of Earth's surface and are among the most sensitive ecosystems to climate change. Soil microbial communities are intricately linked to ecosystem functioning in drylands because they play important roles in carbon and nitrogen cycling, soil fertility and climate regulation. Unicellular green algae constitute a crucial component of these communities with key roles in primary production, food webs and nutrient cycling, soil formation, and modulation of soil texture and structure. Despite the importance of microalgae in the stability of these ecosystems, the phototrophic micro-algal flora represents a vastly understudied component of soil microbial communities. Limited knowledge of their diversity, of host- microbiome and within-microbiome interactions and of the adaptive traits important for survival in extreme environments translates into limited ability to monitor and eventually prevent biodiversity losses. In this thesis microalgae communities sampled from 80 sites around global drylands will be characterized through DNA metabarcoding to evaluate abundance and diversity of green soil microalgae taxa. We will try to investigate which drivers guide the distribution of microalgae taxa and, evaluating which species are more cosmopolitan or more localized, we will try to characterize the core microbiome that distinguish every geographical cluster.

Le drylands, aree con un indice di aridità inferiore a 0,65, occupano oltre il 40% della superficie terrestre e sono tra gli ecosistemi più sensibili ai cambiamenti climatici. Le comunità microbiche del suolo sono strettamente legate al funzionamento dell'ecosistema nelle drylands, poiché svolgono ruoli importanti nel ciclo del carbonio e dell'azoto, nella fertilità del suolo e nella regolazione del clima. Le alghe verdi unicellulari costituiscono una componente cruciale di queste comunità, con ruoli chiave nella produzione primaria, nelle reti alimentari e nei cicli dei nutrienti, nella formazione del suolo e nella modulazione della texture e della struttura del suolo. Nonostante l'importanza delle microalghe per la stabilità di questi ecosistemi, la flora microalgale fototrofa rappresenta una componente poco studiata delle comunità microbiche del suolo. La conoscenza limitata della loro diversità, delle interazioni ospite-microbioma e all'interno del microbioma e dei tratti adattativi importanti per la sopravvivenza in ambienti estremi si traduce in una limitata capacità di monitorare ed eventualmente prevenire le perdite di biodiversità. In questa tesi le comunità di microalghe campionate in 80 siti delle drylands saranno caratterizzate attraverso il DNA-metabarcoding per valutare l'abbondanza e la diversità dei taxa di microalghe verdi del suolo. Cercheremo di indagare quali sono i fattori che guidano la distribuzione dei taxa di microalghe e, valutando quali specie sono più cosmopolite o più localizzate, cercheremo di caratterizzare il nucleo del microbioma che contraddistingue ogni cluster geografico.