Resumo: Um bioma é uma unidade geográfica caracterizada de acordo com seu tipo de vegetação, macro-clima, solo e altitude específica. Em contraste, o microbioma é a totalidade de micro-organismos e seus genomas coletivos presentes em um dado ambiente. Embora as comunidades microbianas de solo demonstrem grande variação quando comparadas em diferentes escalas espaciais em um mesmo espaço amostral, o microbioma desses solos parecem ser direcionados de acordo com algumas características biogeográficas. A fim de investigar a convergência taxonômica e funcional em solos pertencentes ao mesmo tipo de bioma, trinta metagenomas disponíveis publicamente foram selecionados a partir de 11 biomas globais e agrupados com base nas características da vegetação (ou seja, floresta, pastagem, tundra, semi-árido e deserto). As análises funcionais revelaram um padrão entre os grupos de biomas, nos quais biosíntese de proteínas, metabolismo central dos carboidratos, e resistência a antibióticos foram os metabolismos com diferenças estatisticamente mais significativas baseado na anotação dos subsistemas do SEED. A fim de proporcionar uma melhor resolução analítica desses metabolismos, as sequências metagenômicas foram anotadas utilizando os bancos de dados de enzimas ativas em carboidratos (Cazy), de genes de resistência a antibióticos (ARDB) e, adicionalmente, de proteínas de choque térmico (HSPIR). A análise de enzimas ativas em carboidratos mostrou que a degradação da biomassa, metabolismo da sacarose e do amido, síntese da parede celular e degradação de alginato foram mais abundantes em solos florestais e em pastagens. Como esperado, genes de resistência à dessecação e a outros estresses foram mais abundantes em solos de desertos e semi-áridos. Genes de resistência a antibióticos (ARGs) foram predominantes em solos florestais e de pastagem, onde a resistência a multidrogas a partir de bombas de efluxo foram as classes mais abundantes, com a maior parte das sequências anotadas taxonomicamente como afiliadas a Proteobacteria. Proteínas de choque térmico (HSPs) foram mais abundantes em solos de tundra, semi-áridos e desertos. Embora HSP70 e Hsp100 tenham se mostrado uniformemente distribuídas entre os biomas, HSP90 foi estatisticamente mais abundante em solos de florestas e pastagens em comparação aos outros grupos de biomas. Ainda, HSP60 e HSP20, que foram predominantemente anotadas para o domínio de arquéias, foram mais abundantes nos solos de deserto salino. Nossos resultados sugerem que as condições ambientais locais regem o enriquecimento de funções específicas importantes para a sobrevivência dos micro-organismos nesses ecossistema Ver menos

Abstract: Biome is a geographical unit characterized according to its vegetation type, macro-climate, soil, and specific altitude. In contrast, a microbiome is the totality of microorganisms and their collective genetic material present in a given environment. Although soil microbial communities have shown to vary across many spatial scales, soils between ecosystems showed to be driven by some biogeographical trends. In order to investigate taxonomic and functional convergence within soils from the same biome type, thirty publically-available metagenomes from 11 globally distributed biomes were selected and clustered by biome groups (i.e. forest, grassland, tundra, semiarid and desert) based on vegetation features. Functional analyses revealed a close pattern among biome groups, in which protein biosynthesis, central carbohydrate metabolism, and antibiotic resistance were the most statistically different metabolisms annotated by SEED subsystems. In order to provide a better analytical resolution of those metabolisms, metagenomic reads were annotated using the Carbohydrate-Active enZYmes database (Cazy), Antibiotic Resistance gene DataBase (ARDB) and, additionally, the Heat Shock Protein Information Resource (HSPIR). Carbohydrate-active enzyme analyses showed that biomass degradation, sucrose and starch metabolism, cell wall biosynthesis and alginate degradation were overrepresented in forest and grasslands soils. As expected, desiccation and other stress resistance genes were more abundant in deserts and semiarid soils. Antibiotic Resistance Genes (ARGs) were prevalent in forest and grassland soils, where multidrug efflux pumps were the most abundant ARG class, with the majority of the reads assigned to Proteobacteria. Heat Shock Proteins (HSPs) were more abundant in tundra, semiarid and desert soils. Although HSP70 and HSP100 were uniformly distributed across biomes, HSP90 were overrepresented in forest and grassland soils when compared to others biomes groups. HSP60 and HSP20, which are predominantly from Archaea, were more abundant in the saline desert soils. Our results suggest that local environmental conditions select for the enrichment of specific functions important for microbial survival in those ecosystems Ver menos