Isolamento, coltivazione e caratterizzazione molecolare di cianobatteri isolati da suoli desertici

The Earth's surface is more than 40% occupied by drylands, areas with an aridity index less than 0.65. Despite being considered extreme environments, drylands host 28% of endangered species and a rich microbial biodiversity in the soil, primarily consisting of a consortium of algae, bryophytes, fungi, bacteria, and cyanobacteria. Climate change is causing an exponential increase in desertified areas, leading to a decline in microbial communities that play essential roles, such as atmospheric carbon and nitrogen fixation, nutrient cycling regulation, and soil stabilization. Cyanobacteria thriving in desert soils can be valuable as proxies for global change, allowing timely mitigation actions against this global threat, which increasingly results in biodiversity loss. They can also be useful in various scientific and biotechnological applications to restore desertified areas, making them suitable for agriculture. However, current knowledge about the vast biodiversity present in drylands remains limited. This study aims to continue the BIODESERT project by identifying six cyanobacteria samples isolated from desert soils deprived of biocrusts. The organisms were cultured in vitro, then subjected to preliminary morphological observation, and finally genetically characterized. Specifically, the isolated varieties were identified through the 16S rRNA gene for initial barcoding to investigate their genus and species affiliation. Phylogenetic trees were subsequently constructed using the Maximum Likelihood method to explore possible evolutionary relationships with other cyanobacteria species typical of desert soils, and to confirm potential affiliations with species known to science. These analyses are to be considered as an initial screening for characterizing the microbial diversity of drylands, laying the groundwork for more in-depth studies.

La superficie terrestre è occupata per oltre il 40% da terre aride, aree con un indice di aridità inferiore a 0,65. Nonostante siano considerate ambienti estremi, le terre aride ospitano il 28% delle specie in pericolo di estinzione e una ricca biodiversità microbica nel suolo, costituita principalmente da un consorzio di alghe, briofite, funghi, batteri e cianobatteri. Il cambiamento climatico sta causando un aumento esponenziale delle aree desertificate, portando a un declino delle comunità microbiche che svolgono ruoli essenziali, come la fissazione dell'azoto e del carbonio atmosferico, la regolazione del ciclo dei nutrienti e la stabilizzazione del suolo. I cianobatteri che prosperano nei suoli desertici possono essere utili come indicatori del cambiamento globale, permettendo azioni di mitigazione tempestive contro questa minaccia globale che provoca un crescente impoverimento della biodiversità. Essi possono anche essere utili in vari ambiti scientifici e biotecnologici per il recupero delle aree desertificate, rendendole adatte all'agricoltura. Tuttavia, le conoscenze attuali sulla vasta biodiversità presente nelle terre aride rimangono limitate. Questo studio si propone di proseguire il progetto BIODESERT identificando sei campioni di cianobatteri isolati da suoli desertici privi di croste biologiche. Gli organismi sono stati coltivati in vitro, sottoposti a osservazione morfologica preliminare e infine caratterizzati geneticamente. Nello specifico, le varietà isolate sono state identificate tramite il gene 16S rRNA per una prima barcoding, al fine di investigare la loro affiliazione a livello di genere e specie. Successivamente sono stati costruiti alberi filogenetici utilizzando il metodo della Maximum Likelihood per esplorare possibili relazioni evolutive con altre specie di cianobatteri tipiche dei suoli desertici e per confermare eventuali affiliazioni con specie già note alla scienza. Queste analisi sono da considerarsi come uno screening iniziale per la caratterizzazione della diversità microbica delle terre aride, ponendo le basi per studi più approfonditi.