ABSTRACT

Due to the environmental conditions presented in arid zones, it is expected to have a high influence of deterministic processes over the community assemblages. Symbiotic interactions with microorganisms could increase colonization and survival of plants in difficult conditions, independent of the plants physiological and morphological characteristics. In this context, the microbial communities associated to plants that inhabit these types of areas can be a good model to understand the community assembly processes. We investigated the influence of stochastic and deterministic processes in the assemblage of rhizosphere microbial communities of Agave lechuguilla and bulk soil on the Cuatro Cienegas Basin, a site known for its oligotrophic conditions. We hypothesize that rhizospheric microbial communities of A. lechuguilla differ from those of bulk soil as they differ in physicochemical properties of soil and biotic interactions, including not only the plant, but also their microbial co-occurrence networks, it is expected that microbial species usually critical for plant growth and health are more common in the rhizosphere, whereas in the bulk soil microbial species related to the resistance to abiotic stress are more abundant. In order to confirm this hypothesis, 16S rRNA gene was sequenced by Illumina from rhizospheric and bulk soil samples in two seasons, also the physicochemical properties of the soil were determined. Our results showed differences in bacterial diversity, community composition, potential functions, and interaction networks between the rhizosphere samples and the ones from bulk soil. Although community structure arises from a complex interplay between deterministic and stochastic forces, our results suggest that A. lechuguilla recruits specific rhizospheric microbes with functional traits that benefits the plant through growth promotion and nutrition. This selection follows principally a deterministic process that shapes the rhizospheric microbial communities, directed by the plant modifications around the roots but also subjected to the influence of other environmental variables, such as seasonality and soil properties. Interestingly, keystone taxa in the interactions networks, not necessarily belong to the most abundant taxonomic groups, but they have an important role by their functional traits and keeping the connections on the community network.

RESUMEN

Debido a las condiciones ambientales que se presentan en las zonas áridas, se espera que se tenga una alta influencia de los procesos deterministas sobre los ensamblajes comunitarios. Las interacciones simbióticas con microorganismos podrían incrementar la colonización y supervivencia de plantas en condiciones difíciles, independientemente de las características fisiológicas y morfológicas de las plantas. En este contexto, las comunidades microbianas asociadas a plantas que habitan este tipo de áreas pueden ser un buen modelo para entender los procesos de montaje comunitario. Se investigó la influencia de procesos estocásticos y deterministas en el ensamblaje de comunidades microbianas de la rizosfera de Agave lechuguilla y el interespacio en la Cuenca de Cuatro Ciénegas, un sitio conocido por sus condiciones oligotróficas. La hipótesis es que las comunidades microbianas de la rizósfera de Agave lechuguilla son diferentes a las del interespacio ya que difieren en las propiedades fisicoquímicas del suelo y las interacciones bióticas, incluyendo no solo la planta, sino también sus redes de co-ocurrencia microbiana, se espera que las especies microbianas usualmente críticas para el crecimiento y la salud de las plantas son más comunes en la rizosfera, mientras que en el interespacio las especies microbianas relacionadas con la resistencia al estrés abiótico son más abundantes. Para confirmar esta hipótesis, se secuenció con Illumina el gen 16S rRNA a partir de muestras de suelo rizosférico y el Interespacio en dos temporadas, y también se determinaron las propiedades fisicoquímicas del suelo. Los resultados mostraron diferencias en la diversidad bacteriana, la composición de la comunidad, las funciones potenciales y las redes de interacción entre las muestras de rizosfera y las del interespacio. Aunque la estructura de la comunidad surge de una interacción compleja entre fuerzas deterministas y estocásticas, nuestros resultados sugieren que A. lechuguilla recluta microbios rizosféricos específicos con rasgos funcionales que benefician a la planta en el crecimiento y la nutrición. Esta selección sigue principalmente un proceso determinista que da forma a las comunidades microbianas rizosféricas, dirigidas por las modificaciones de las plantas alrededor de las raíces pero también sometidas a la influencia de otras variables ambientales, como la estacionalidad y las propiedades del suelo. Curiosamente, los taxones clave en las redes de interacciones, no necesariamente pertenecen a los grupos taxonómicos más abundantes, pero tienen un papel importante por sus rasgos funcionales y por mantener las conexiones en la red comunitaria..