Monitoring the microbial diversity and functional activities in response to land-use changes and deforestation under soybean and sugarcane cultivations

• Processo: 08/58114-3
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa de Pesquisa sobre Mudanças Climáticas Globais - Temático
• Área do conhecimento: Ciências Agrárias - Agronomia - Ciência do Solo
• Acordo de Cooperação: CNPq - Pronex
• Pesquisador responsável: Tsai Siu Mui
• Beneficiário: Tsai Siu Mui
• Instituição Sede: Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA). Universidade de São Paulo (USP). Piracicaba , SP, Brasil
• Pesquisadores principais: Eliana Gertrudes de Macedo Lemos
• Bolsa(s) vinculada(s): 12/21982-3 - Monitoramento da diversidade microbiana e atividades funcionais em resposta ao desmatamento e uso da terra com cultivo de soja e cana-de-açúcar, BP.TT; 12/22127-0 - Detecção, clonagem, sequenciamento e quantificação de genes envolvidos nos ciclos dos gases de efeito estufa (carbono e nitrogênio), BP.TT; 11/17830-0 - Monitoramento de comunidade microbianas e atividades funcionais em resposta a mudança de uso da terra, desmatamento e sob cultivo de soja e cana-de-açúcar, BP.TT; + mais bolsas vinculadas 10/20353-7 - Análise das comunidades microbianas em solos sob diferentes usos da terra na fronteira de expansão agrícola no Sudoeste da Amazônia, BP.DR; 09/54274-9 - Diversidade microbiana e construcao de um ecochip para avaliacoes ambientais, BP.PD; 11/02804-4 - Monitoramento da diversidade microbiana e atividades funcionais em resposta a mudanças no uso da terra e desmatamento em cultivos de soja e cana-de-açúcar, BP.TT; 10/15829-2 - Construção de bibliotecas metagenômicas para estudo de genes envolvidos nos ciclos biogeoquímicos, BP.TT; 10/12999-4 - Estrutura dos microrganismos responsáveis pelo ciclo do metano em áreas desmatadas nas cabeceiras do rio Xingu impactadas e em restauração natural, BP.IC; 10/12778-8 - Qualidade do solo e estrutura microbiana em áreas desmatadas nas cabeceiras do rio Xingu impactadas e em restauração natural, BP.IC; 10/11746-5 - Monitoramento da diversidade microbiana e atividades funcionais em resposta a mudanças no uso da terra e desmatamento em cultivos de soja e cana de açúcar, BP.TT; 10/07357-3 - Monitoramento da diversidade microbiana e atividades funcionais em resposta às mudanças do uso da terra e desmatamento sob cultivo de soja e cana-de-açúcar, BP.TT; 10/02513-7 - Construção de bibliotecas metagenômicas para estudo de genes envolvidos nos ciclos biogeoquímicos, BP.TT; 09/15027-6 - Desenho e validação de iniciadores específicos para o gene 16S rRNA de Verrucomicrobia, BP.IC - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Biologia computacional Desmatamento Plantas cultivadas Soja Cana-de-açúcar Mudança climática Emissão de gases Gases do efeito estufa Metagenômica Pirosequenciamento
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Agricultural Expansion | Bioinformatics | Greenhouse Gases Emission | Metagenomics | Microbial Diversity | Pyrosequencing
• Publicação FAPESP: https://www.fapesp.br/pfpmcg/pfpmcg_tsai.pdf

Resumo

With the advent of new technologies and the optimization of the conventional methods, various approaches to studying gene expression are expanding the field of microbiology and molecular biology. Methods used for RNA extraction, DNA microarrays, Real-Time PCR, competitive RT-PCR, stable isotope probing and the use of reporter genes provide the strategies for detecting and quantifying gene expression. Through the use of these methods, one can study the influence of soil environmental factors such as nutrients, oxygen status, pH, pollutants, agro-chemicals, moisture and temperature on gene expression and some of the mechanisms involved in the responses of cells to their environment within our tropical ecosystems. The organisms being responsible for these ecosystem services are mainly Bacteria, Fungi and Archaea. However the relationships between the microbial community structure and the turnover processes (microbial community function) are poorly understood in tropical soils. The participants of this proposal will develop studies using biochemical and molecular tools to evaluate the impacts of the greenhouse gas emissions/sequestration due to land-use under soybean and sugarcane cultivations at three sites of agricultural expansion areas, which include Mato Grosso (MT, MS), Rondonia and Sao Paulo. Our purpose is to integrate researchers from different areas of agronomy, soil chemistry and microbiology, molecular biology and bioinformatics in an effort to detect, quantify and correlate the microbial processes involved in the C and N biogeochemical turnover in soybean and sugarcane cultivations, under undisturbed areas (forest) and under two agricultural system - conventional and sustainable agriculture (minimum tillage and mulching practices). Using three estimators of diversity (rarefaction, Chao1, ACE), it is proposed a high throughput DNA pyrosequencing and statistical inference to assess bacterial and Archaea diversity in the soils. (AU)

Publicações científicas

(14)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

NAVARRETE, ACACIO A.; VENTURINI, ANDRESSA M.; MEYER, KYLE M.; KLEIN, ANN M.; TIEDJE, JAMES M.; BOHANNAN, BRENDAN J. M.; NUESSLEIN, KLAUS; TSAI, SIU M.; RODRIGUES, JORGE L. M.. Differential Response of Acidobacteria Subgroups to Forest-to-Pasture Conversion and Their Biogeographic Patterns in the Western Brazilian Amazon. FRONTIERS IN MICROBIOLOGY, v. 6, DEC 22 2015. (14/50320-4, 12/13321-7, 08/58114-3)

SAWAKUCHI, HENRIQUE O.; BASTVIKEN, DAVID; SAWAKUCHI, ANDRE O.; WARD, NICHOLAS D.; BORGES, CLOVIS D.; TSAI, SIU M.; RICHEY, JEFFREY E.; BALLESTER, MARIA VICTORIA R.; KRUSCHE, ALEX V.. Oxidative mitigation of aquatic methane emissions in large Amazonian rivers. GLOBAL CHANGE BIOLOGY, v. 22, n. 3, p. 1075-1085, MAR 2016. (08/58089-9, 11/14502-2, 12/17359-9, 11/06609-1, 08/58114-3)

NAVARRETE, ACACIO A.; TSAI, SIU M.; MENDES, LUCAS W.; FAUST, KAROLINE; DE HOLLANDER, MATTIAS; CASSMAN, NORIKO A.; RAES, JEROEN; VAN VEEN, JOHANNES A.; KURAMAE, EIKO E.. Soil microbiome responses to the short-term effects of Amazonian deforestation. Molecular Ecology, v. 24, n. 10, p. 2433-2448, MAY 2015. (08/58114-3)

MENDES, LUCAS W.; TSAI, SIU M.; NAVARRETE, ACACIO A.; DE HOLLANDER, MATTIAS; VAN VEEN, JOHANNES A.; KURAMAE, EIKO E.. Soil-Borne Microbiome: Linking Diversity to Function. MICROBIAL ECOLOGY, v. 70, n. 1, p. 255-265, JUL 2015. (10/20353-7, 11/51749-6, 08/58114-3)

SCHULZ, KRISTIN; HUNGER, SINDY; BROWN, GEORGE G.; TSAI, SIU M.; CERRI, CARLOS C.; CONRAD, RALF; DRAKE, HAROLD L.. Methanogenic food web in the gut contents of methane-emitting earthworm Eudrilus eugeniae from Brazil. ISME Journal, v. 9, n. 8, p. 1778-1792, AUG 2015. (11/50914-3, 08/58114-3)

GOSS-SOUZA, DENNIS; MENDES, LUCAS WILLIAM; BORGES, CLOVIS DANIEL; BARETTA, DILMAR; TSAI, SIU MUI; RODRIGUES, JORGE L. M.. Soil microbial community dynamics and assembly under long-term land use change. FEMS MICROBIOLOGY ECOLOGY, v. 93, n. 10, OCT 2017. (14/50320-4, 08/58114-3)

GOSS-SOUZA, DENNIS; MENDES, LUCAS WILLIAM; BORGES, CLOVIS DANIEL; RODRIGUES, JORGE L. M.; TSAI, SIU MUI. Amazon forest-to-agriculture conversion alters rhizosphere microbiome composition while functions are kept. FEMS MICROBIOLOGY ECOLOGY, v. 95, n. 3, MAR 2019. (14/50320-4, 08/58114-3)

GOSS-SOUZA, DENNIS; MENDES, LUCAS WILLIAM; RODRIGUES, JORGE LUIZ MAZZA; TSAI, SIU MUI. Ecological Processes Shaping Bulk Soil and Rhizosphere Microbiome Assembly in a Long-Term Amazon Forest-to-Agriculture Conversion. MICROBIAL ECOLOGY, v. 79, n. 1, p. 110-122, JAN 2020. (14/50320-4, 08/58114-3)

NAVARRETE, ACACIO APARECIDO; TAKETANI, RODRIGO GOUVEA; MENDES, LUCAS WILLIAM; CANNAVAN, FABIANA DE SOUZA; DE SOUZA MOREIRA, FATIMA MARIA; TSAI, SIU MUI. LAND-USE SYSTEMS AFFECT ARCHAEAL COMMUNITY STRUCTURE AND FUNCTIONAL DIVERSITY IN WESTERN AMAZON SOILS. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 35, n. 5, p. 1527-1540, SEP-OCT 2011. (07/01868-3, 08/58114-3)

MENDES, LUCAS WILLIAM; DE LIMA BROSSI, MARIA JULIA; KURAMAE, EIKO EURYA; TSAI, SIU MUI. Land-use system shapes soil bacterial communities in Southeastern Amazon region. APPLIED SOIL ECOLOGY, v. 95, p. 151-160, NOV 2015. (10/20353-7, 11/51749-6, 08/58114-3)

MENDES, LUCAS W.; KURAMAE, EIKO E.; NAVARRETE, ACACIO A.; VAN VEEN, JOHANNES A.; TSAI, SIU M.. Taxonomical and functional microbial community selection in soybean rhizosphere. ISME Journal, v. 8, n. 8, p. 1577-1587, AUG 2014. (10/20353-7, 11/51749-6, 08/58114-3)

NAVARRETE, ACACIO A.; KURAMAE, EIKO E.; DE HOLLANDER, MATTIAS; PIJL, AGATA S.; VAN VEEN, JOHANNES A.; TSAI, SIU M.. Acidobacterial community responses to agricultural management of soybean in Amazon forest soils. FEMS MICROBIOLOGY ECOLOGY, v. 83, n. 3, p. 607-621, MAR 2013. (08/58114-3)

RODRIGUES, JORGE L. M.; PELLIZARI, VIVIAN H.; MUELLER, REBECCA; BAEK, KYUNGHWA; JESUS, EDERSON DA C.; PAULA, FABIANA S.; MIRZA, BABUR; HAMAOUI, JR., GEORGE S.; TSAI, SIU MUI; FEIGL, BRIGITTE; et al. Conversion of the Amazon rainforest to agriculture results in biotic homogenization of soil bacterial communities. PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, v. 110, n. 3, p. 988-993, JAN 15 2013. (08/58114-3)

GOSS-SOUZA, DENNIS; TSAI, SIU MUI; RODRIGUES, JORGE LUIZ MAZZA; KLAUBERG-FILHO, OSMAR; SOUSA, JOSE PAULO; BARETTA, DILMAR; MENDES, LUCAS WILLIAM. Biogeographic responses and niche occupancy of microbial communities following long-term land-use change. ANTONIE VAN LEEUWENHOEK INTERNATIONAL JOURNAL OF GENERAL AND MOLECULAR MICROBIOLOGY, v. 115, n. 9, p. 22-pg., 2022-07-19. (20/12890-4, 14/50320-4, 08/58114-3, 19/16043-7)