Studio della biodiversità fungina nelle comunità endolitiche antartiche

Abstract

L’endolitismo è uno degli adattamenti più spettacolari dei microrganismi alla pressione ambientale ed è la forma di vita predominante nelle zone interne del continente antartico. I microrganismi endolitici, vivendo al limite del loro potenziale biologico, sono particolarmente sensibili ai cambiamenti climatici. Lo stabilirsi di condizioni più permissive e la successiva introduzione di specie alloctone competitive possono causare l’estinzione di alcune componenti autoctone altamente adattate delle comunità. Per questi motivi è di fondamentale importanza investigare e preservare questa biodiversità minacciata e in gran parte ancora sconosciuta, prima che ogni variazione climatica porti a una possibile estinzione. Inoltre, una più profonda comprensione delle risposte di queste comunità in termini di distribuzione, di ricchezza di specie e di variazione della biodiversità a diversi stress ambientali può permettere di identificare i cambiamenti e fornire indizi per il monitoraggio o predire l’effetto di qualsiasi futura variazione dovuta al Cambiamento Climatico. In questo studio è stata condotta un’indagine per una caratterizzazione preliminare della biodiversità fungina delle comunità endolitiche antartiche attraverso metodi colturali e metodi coltura indipendenti. Sono stati isolati e caratterizzati su base molecolare funghi neri da tali comunità. L’analisi filogenetica multilocus basata su ITS, nucLSU e nucSSU e RPB2 ha rivelato, oltre alla presenza di alcune specie endemiche ricorrenti in queste comunità, la presenza di 3 nuovi generi e 7 nuove specie. La biodiversità totale è stata studiata utilizzando l’approccio Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE), e i dati sono stati analizzati in termini di biodiversità in relazione ai parametri ambientali, quali altitudine, distanza dal mare e substrato roccioso. Attraverso il sequenziamento delle bande escisse dai gel di DGGE è emerso che le sequenze ottenute appartengono quasi esclusivamente a specie di funghi lichenizzati. I risultati hanno rivelato la presenza di poche specie dominanti che indica un alto grado di organizzazione e specializzazione, ma elevata vulnerabilità ai cambiamenti esterni. L’analisi DGGE, ha messo in evidenza una forte variabilità tra i profili e la mancanza di correlazione lineare tra i singoli diversi indici di biodiversità e i parametri ambientali quali altitudine e distanza dal mare. Dai risultati ottenuti mediante l’analisi Non Metric Multi-Dimensional Scaling (NMDS) risulta comunque, che la natura del substrato, ed in particolare la porosità, è una componente fondamentale nel determinare la possibilità di colonizzazione. Questi risultati, che rappresentano il primo studio su larga scala della biodiversità delle comunità endolitiche antartiche in relazione ai parametri ambientali, hanno fornito una base di conoscenze che ha permesso di pianificare in maniera mirata le future attività di campionamento e monitoraggio. I dati integrati consentiranno di approfondire le conoscenze sull’adattamento ed evoluzione in condizioni limite fornendo uno strumento di predittività sull’effetto di eventuali cambiamenti climatici.

The endolithism is one of the most spectacular adaptations of organisms to environmental pressure and is the dominant life-form in the interior of the Antarctic continent. Endolithic microorganisms, living at the limit of their biological potential, are very sensitive to Climate Change. The establishment of more permissive conditions and subsequent introduction of competitive alloctonous species may cause the extinction of some highly adapted autoctonous components of the communities. For these reasons it is of utmost importance to investigate the amplitude and preserve this threatened and mostly still unknown biodiversity before any climatic variation leads to possible extinction. Moreover, a deeper understanding of responses of these communities in term of distribution, species richness and biodiversity variation under different environmental stress, mostly unknown at present, may allow identifying changes and give clues to monitoring or predict the effect of any future variation due to Climate Change. In this study a survey was conducted for a preliminary characterization of the fungal biodiversity of Antarctic endolithic communities through cultural methods and culture independent methods. Antarctic rock inhabiting fungi were isolated and caracterizated on molecular bases. Multilocus phylogenetic analysis based on ITS, nucLSU, nucSSU and RPB2, along with some recurrent endemic species in these Antarctic niches, revealed the presence of 3 new genera 7 species. Total biodiversity was studied using Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) approach and data were analysed in terms of biodiversity in relation to environmental parameters, such as altitude, sea distance and rock substratum. Sequencing of the DGGE bands excise from the gel showed a great presence of lichenized fungi. Results revealed the presence of few dominant species indicating a high degree of organization and specialization but high vulnerability to external changes. Results obtained from Non Metric Multi-Dimensional Scaling (NMDS) analysis showed that the nature of the substrate, and in particular the rock porosity, is a key component in determining the possibility of colonization. This represent the first large-scale study of the biodiversity of Antarctic endolithic communities in relation to environmental parameters. Furthermore, the study provided a knowledge base that allowed to plan future activities in a targeted sampling and monitoring. The integrated data will improve the general understanding of adaptation and evolution at the limits for life and will provide a tool for predicting the effect of possible Climate Change.