A Amazônia hospeda a maior floresta tropical do planeta, considerada um \"hotspot\" de biodiversidade. O aumento das ações antropogênicas nas ultimas décadas (desmatamento e queimadas) tem ocasionado perdas irreparáveis na diversidade biológica, contribuindo significativamente nas mudanças climáticas por meio de alterações dos fluxos hidrológicos e emissão excessiva de gases relacionados ao efeito estufa, dentre os quais o metano. Assim, na busca de uma melhor compreensão dessas alterações é de fundamental importância o estudo das comunidades microbianas associadas ao consumo do metano. Este trabalho teve como objetivo avaliar o impacto das alterações no uso da terra sobre a estrutura genômica e das comunidades bacterianas associadas a oxidação do metano presentes no solo, buscando a combinação de análises independentes (de comunidades) e dependentes de cultivo (enriquecimento e cultivo), juntamente com o acesso aos genomas montados de bactérias metanotróficas. Amostras provenientes de diferentes usos do solo e regiões da floresta amazônica foram coletadas, em sistemas de florestas primárias, florestas secundárias e pastagens na região de Santarém (PA), e florestas primárias e pastagens em Ariquemes (RO). Os solos coletados foram adicionados ao meio enriquecido com metano para estimular o metabolismo das bacterias metanotróficas. Tanto nas amostras originais como nas oriundas dos enriquecimentos, foram realizadas quantificações do gene pmoA pela técnica de PCR quantitativo (qPCR) e caracterização da comunidade total (bactérias e arquéias) e metanotróficas por meio do sequênciamento da região V4-V5 do gene 16S rRNA. Foram também realizadas análises de network e isolamentos de bactérias, na busca de uma maior compreensão sobre as correlações e associações microbianas das amostras. Por fim, o acesso ao metagenoma de amostras enriquecidas e montagens de genomas por metagenoma (MAG - Metagenome Assembled Genome), permitiu comparar a estrutura genômica do operon pmoCAB oriunda de diferentes solos. Os resultados mostraram que estrutura da comunidade total e metanotrófica se alteram com a conversão do solo florestal em pastagem, de maneiras distintas nas áreas amostradas, e com comportamento diferenciado ao longo dos enriquecimentos. O filo Acidobacteria mostrou-se característico de solos florestais, enquanto Actinobacteria, Firmicutes e Bacteoidetes de pastagens, ao passo que a abundância relativa e a riqueza de metanotróficos foi mais elevada em solos de pastagens. Também ocorrem alterações nas interações microbianas, mostrando que florestas possuem correlações mais estáveis que solos de pastagem, porém diferentes entre as áreas estudadas. Estas correlações também são notadas na associação de bactérias metanotróficas com outros grupos, como os gêneros Burkholderia, Pseudomonas, Flavisobacter e Cupriavidus. Em resumo, observa-se que há diferenciação no enriquecimento de bactérias metanotróficas nos diferentes solos e áreas, e os genomas montados indicam a possibilidade de metabolismos distintos. Estes dados contribuem para a compreensão das alterações, em diferentes níveis, da comunidade microbiana nos ambientes de conversão do uso do solo. / The Amazon hosts the largest rainforest on the planet, considered a biodiversity \"hotspot\". The increase in anthropogenic actions in the last decades (deforestation and burning) has caused irreparable losses in biological diversity, contributing significantly to climate change through changes in hydrological flows and excessive emissions of greenhouse gases, including methane. Thus, in the search for the best understanding of these changes, it is of fundamental importance to study the microbial communities associated with methane consumption. This work aimed to evaluate the impact of changes in land use on the genomic structure and bacterial communities associated with the oxidation of methane in the soil, seeking the combination of independent (community) and dependent analyzes (enrichment and growth), along with access to the genomes assembled from methanotrophic bacteria. Samples from different soil uses and regions of the Amazon rainforest were collected, such as primary forests, secondary forests and pastures in the Santarém region (PA) and primary forests and pastures in Ariquemes (RO). The collected soils were added to the methane-enriched medium to stimulate the metabolism of the methanotrophic bacteria. In both the original and the enriched samples, were performed quantifications of the pmoA gene by the quantitative PCR technique (qPCR) and characterization of the total community (bacteria and archaea) and methanotrophic by the sequencing of the V4-V5 region of the 16S rRNA gene. Network analyzes and bacterial isolations were also carried out in order to obtain a better understanding of the microbial correlations and associations of the samples. Finally, the access to the metagenome of enriched samples and genome assemblies by metagenome (MAG - Metagenome Assembled Genome) allowed comparing the genomic structure of the pmoCAB operon from different soils. The results showed that the structure of the total and methanotrophic community analyzed changes with the conversion of the forest soil to pasture, in different ways in the sampled areas and in enriched soils. The phyla Acidobacteria showed to be characteristic of forest soils, while Actinobacteria, Firmicutes, and Bacteroides of pastures and the relative abundance and richness of methanotrophic are higher in pastures soils. The changes were observed for microbial interactions, showing that forests have more stable correlations than pasture soils, but different between the areas studied. These correlations are also noted in the association of methanotrophic bacteria with other groups, such as the genera Burkholderia, Pseudomonas, Flavisobacter and Cupriavidus. In summary, it was observed differentiation in the enrichment of methanotrophic bacteria in the different soils and areas, and the assembled genomes indicate the possibility of different metabolisms. These data contribute to the understanding of the changes, at different levels, of the microbial community in the land use conversion environments.

Os microrganismos são responsáveis por diversos processos biológicos essenciais ao ambiente, sendo estes intimamente relacionados com as taxas de decomposição da matéria orgânica e com a persistência da fertilidade nos solos. Apesar da importância e grande diversidade, a identificação de táxons envolvidos em processos específicos está geralmente restrita a uma pequena fração da microbiota que pode ser isolada e cultivada. Sendo assim, pouco se sabe sobre os microrganismos que atuam no ciclo do carbono no solo, como, aqueles que participam da oxidação do metano (CH4), por exemplo. Estes, chamados metanotróficos exercem papel importante no controle da emissão desse gás de efeito estufa para a atmosfera podendo servir como um filtro de metano e mitigar suas emissões. A Terra Preta Antropogênica (TPA) é um importante ecossistema na região amazônica e contém fragmentos cerâmicos e frações orgânicas, como o carvão (biocarvão), que foram incorporados em períodos pré-colombianos. Isso resultou em solos sustentáveis com elevada fertilidade, apresentando cerca de três vezes mais matéria orgânica, setenta vezes mais biocarvão e diversidade microbiana maior quando comparados com os solos adjacentes. Com o presente trabalho, objetivou-se avaliar o efeito do enriquecimento atmosférico com metano sobre a abundância da comunidade bacteriana total e de metanotróficas nos solos de Terra Preta da Amazônia sob floresta e cultivo (TPA Floresta e TPA Cultivada) e seus respectivos solos adjacentes (ADJ Floresta e ADJ Cultivado), coletados Estação Experimental do Caldeirão (Iranduba, AM). Para tanto, foi realizado um experimento de microcosmo no qual os solos foram incubados com atmosfera contendo 10% de metano e meio de cultura NMS (do inglês, Nitrate mineral salts), utilizado para crescimento de metanotróficas, a fim de avaliar a resposta dessas comunidades ao longo de 21 dias. A variação da concentração de metano na atmosfera dos frascos foi monitorada através de cromatografia gasosa e o DNA do solo recuperado nos tempos de coleta durante o experimento foi extraído para utilização na técnica de PCR quantitativo (qPCR), a qual possibilitou a quantificar o número de cópias dos genes 16S rRNA Bacteria e pmoA nas amostras. O solo de Terra Preta da Amazônia se mostrou um potencial dreno de CH4 atmosférico Comparando as respostas dos solos com floresta (TPA Floresta e ADJ Floresta) e cultivados (TPA Cultivada e ADJ Cultivado), notou-se uma menor variação da abundância da comunidade metanotrófica presente nestes últimos, o que indica que alteração do uso do solo afeta a capacidade do mesmo em retirar metano da atmosfera. Os solos Adjacentes apresentaram resposta diferente dos solos de TPA, indicando que a história de formação, ocupação e uso do solo também influenciam na capacidade do solo em drenar o metano da atmosfera. / Microorganisms are responsible for several biological processes essential to the environment, which are closely related to the rates of decomposition of organic matter and with the persistence of fertility in soils. Despite the importance and high diversity, identification of taxa involved in specific processes is usually restricted to a small fraction of the microbiota that can be isolated and cultivated. Thus, little is known about the microorganisms that act on the carbon cycle in the soil, such as those participating in the oxidation of methane (CH4), for example. These, known as methanotrophs play an important role in controlling the emission of greenhouse gas into the atmosphere and may serve as a methane filter and mitigate their emissions. Amazonian Dark Earth (ADE) is an important ecosystem in the Amazonian region and contains ceramic fragments and organic amendments, such as charcoal (biochar), which were incorporated in Pre-Columbian periods. This resulted in sustainable soils with high fertility, presenting about three times more organic matter, seventy times more biochar and higher microbial diversity when compared to adjacent soils. The present work aimed to evaluate the effect of atmospheric methane enrichment on the abundance of the bacterial and methanotrophic community in ADE soils under forest and cultivation (ADE Forest and ADE Cultivated) and their respective adjacent soils (ADJ Forest and ADJ Cultivated), sampled at Caldeirão Experimental Station (Iranduba, AM). For this purpose, a microcosm experiment was performed in which the soils were incubated under an atmosphere containing 10% of methane and NMS (Nitrate mineral salts) culture medium used for methanotrophic growth in order to evaluate the response of these communities over 21 days. The variation of methane concentrations in the atmosphere of the vials was measured by gas chromatography and the soil DNA recovered in the collection time during the experiment was extracted for use in the technique of quantitative PCR (qPCR), which made it possible to quantify the number of copies of 16S rRNA Bacteria and pmoA on samples. The Amazonian Dark Earth soil showed a potential sink for atmospheric CH4. Comparing atmospheric responses of forest soils (ADE Forest and ADJ Forest) and cultivated soils (ADE Cultivated and ADJ Cultivated), noted a minor variation in the abundance of methatroph community in these last, indicating that land use change affects the ability of it to sink the methane atmosphere. Adjacent soils had different responses of ADE soils, indicating that the history formation, occupation and land use also influence the capacity of the soil to drain methane from the atmosphere.

Os microrganismos são responsáveis por diversos processos biológicos essenciais ao ambiente, sendo estes intimamente relacionados com as taxas de decomposição da matéria orgânica e com a persistência da fertilidade nos solos. Apesar da importância e grande diversidade, a identificação de táxons envolvidos em processos específicos está geralmente restrita a uma pequena fração da microbiota que pode ser isolada e cultivada. Sendo assim, pouco se sabe sobre os microrganismos que atuam no ciclo do carbono no solo, como, aqueles que participam da oxidação do metano (CH4), por exemplo. Estes, chamados metanotróficos exercem papel importante no controle da emissão desse gás de efeito estufa para a atmosfera podendo servir como um filtro de metano e mitigar suas emissões. A Terra Preta Antropogênica (TPA) é um importante ecossistema na região amazônica e contém fragmentos cerâmicos e frações orgânicas, como o carvão (biocarvão), que foram incorporados em períodos pré-colombianos. Isso resultou em solos sustentáveis com elevada fertilidade, apresentando cerca de três vezes mais matéria orgânica, setenta vezes mais biocarvão e diversidade microbiana maior quando comparados com os solos adjacentes. Com o presente trabalho, objetivou-se avaliar o efeito do enriquecimento atmosférico com metano sobre a abundância da comunidade bacteriana total e de metanotróficas nos solos de Terra Preta da Amazônia sob floresta e cultivo (TPA Floresta e TPA Cultivada) e seus respectivos solos adjacentes (ADJ Floresta e ADJ Cultivado), coletados Estação Experimental do Caldeirão (Iranduba, AM). Para tanto, foi realizado um experimento de microcosmo no qual os solos foram incubados com atmosfera contendo 10% de metano e meio de cultura NMS (do inglês, Nitrate mineral salts), utilizado para crescimento de metanotróficas, a fim de avaliar a resposta dessas comunidades ao longo de 21 dias. A variação da concentração de metano na atmosfera dos frascos foi monitorada através de cromatografia gasosa e o DNA do solo recuperado nos tempos de coleta durante o experimento foi extraído para utilização na técnica de PCR quantitativo (qPCR), a qual possibilitou a quantificar o número de cópias dos genes 16S rRNA Bacteria e pmoA nas amostras. O solo de Terra Preta da Amazônia se mostrou um potencial dreno de CH4 atmosférico Comparando as respostas dos solos com floresta (TPA Floresta e ADJ Floresta) e cultivados (TPA Cultivada e ADJ Cultivado), notou-se uma menor variação da abundância da comunidade metanotrófica presente nestes últimos, o que indica que alteração do uso do solo afeta a capacidade do mesmo em retirar metano da atmosfera. Os solos Adjacentes apresentaram resposta diferente dos solos de TPA, indicando que a história de formação, ocupação e uso do solo também influenciam na capacidade do solo em drenar o metano da atmosfera. / Microorganisms are responsible for several biological processes essential to the environment, which are closely related to the rates of decomposition of organic matter and with the persistence of fertility in soils. Despite the importance and high diversity, identification of taxa involved in specific processes is usually restricted to a small fraction of the microbiota that can be isolated and cultivated. Thus, little is known about the microorganisms that act on the carbon cycle in the soil, such as those participating in the oxidation of methane (CH4), for example. These, known as methanotrophs play an important role in controlling the emission of greenhouse gas into the atmosphere and may serve as a methane filter and mitigate their emissions. Amazonian Dark Earth (ADE) is an important ecosystem in the Amazonian region and contains ceramic fragments and organic amendments, such as charcoal (biochar), which were incorporated in Pre-Columbian periods. This resulted in sustainable soils with high fertility, presenting about three times more organic matter, seventy times more biochar and higher microbial diversity when compared to adjacent soils. The present work aimed to evaluate the effect of atmospheric methane enrichment on the abundance of the bacterial and methanotrophic community in ADE soils under forest and cultivation (ADE Forest and ADE Cultivated) and their respective adjacent soils (ADJ Forest and ADJ Cultivated), sampled at Caldeirão Experimental Station (Iranduba, AM). For this purpose, a microcosm experiment was performed in which the soils were incubated under an atmosphere containing 10% of methane and NMS (Nitrate mineral salts) culture medium used for methanotrophic growth in order to evaluate the response of these communities over 21 days. The variation of methane concentrations in the atmosphere of the vials was measured by gas chromatography and the soil DNA recovered in the collection time during the experiment was extracted for use in the technique of quantitative PCR (qPCR), which made it possible to quantify the number of copies of 16S rRNA Bacteria and pmoA on samples. The Amazonian Dark Earth soil showed a potential sink for atmospheric CH4. Comparing atmospheric responses of forest soils (ADE Forest and ADJ Forest) and cultivated soils (ADE Cultivated and ADJ Cultivated), noted a minor variation in the abundance of methatroph community in these last, indicating that land use change affects the ability of it to sink the methane atmosphere. Adjacent soils had different responses of ADE soils, indicating that the history formation, occupation and land use also influence the capacity of the soil to drain methane from the atmosphere.

A agropecuária brasileira apresenta relevante papel sócio-econômico para o país, e constantemente busca novas tecnologias para alcançar uma agricultura sustentável. Com as mudanças que vêm ocorrendo no uso da terra, principalmente nas regiões tropical e subtropical, o Brasil vem sendo apontado como um grande emissor dos gases do efeito estufa. A conversão de florestas em sistemas agrícolas pode levar a um rápido aumento dos fluxos de CO2, CH4 e N2O no ambiente, além de potencializar o efeito estufa e ameaçar os diferentes ecossistemas. Em busca de sistemas mais conservacionistas, que possam mitigar o efeito estufa, os sistemas convencional, plantio direto, integração lavoura-pecuária e pastagem com histórico bem definido, foram selecionados nesse estudo para melhor compreensão e discernimento das possíveis mudanças oriundas dos sistemas avaliados no bioma do Cerrado. Em um segundo momento avaliamos o potencial da elevada concentração de CO2 aquecimento das parcelas em sistema sob temperature freeair controlled enhancement e carbon dioxide free-air enrichment (T-FACE) para avaliar as alterações funcionais e composição microbiana do solo. Os objetivos desse estudo foram: determinar a quantidade de células total dos genes 16S rRNA bactéria, archaea e dos genes funcionais amoA, nirS, nirK, cnorB, nosZ, presentes em diferentes sistemas de manejo do solo. Bem como, possíveis alterações na comunidade microbiana do solo sob elevada concentração de CO2 e aquecimento das parcelas. Para acessar o número de cópias dos genes foi utilizado o PCR quantitativo, a estrutura da comunidade microbiana foi determinada pela técnica de T-RFLP e a composição microbiana pelo sequenciamento de terceira geração. Os resultados dos sistemas de plantio direto e integração lavoura-pecuária revelaram importante capacidade de controlarem as emissões de N2O. Notoriamente, o número de cópias do gene nosZ teve sua densidade incrementada nos dois sistemas de plantio direto e integração lavoura-pecuária, este gene apresenta alto potencial para monitorar a desnitrificaçnao completa do N2O a N2. Adicionalmente, a elevada concentração de CO2 e elevada temperatura incrementaram o número de cópias dos genes nifH, AOB e nosZ ao longo do experimento. A análise da diversidade dos grupos taxinômicos e funcional revelou que a diversidade funcional foi alterada nas parcelas com maior emissão de N2O, apresentando maior abundância de genes (2-3 vezes) envolvidos na desnitrificação, acarretando possivelmente essas maiores emissões de N2O pela microbiota do solo. / Agriculture activities have large an important socio-economic role for a country, and are constantly searching for new technologies to achieve sustainable agriculture. Changes have occurred in land use, especially in tropical and subtropical regions and Brazil has been considered as a large emitter of greenhouse gases from agricultural systems. The conversion of forests to agricultural systems can lead to a fast increase of CO2 streams, CH4 and N2O for atmosphere, which enhances the greenhouse effect and threaten the ecosystem. In search of more conservation systems that can mitigate the greenhouse gas, the conventional, no-tillage, integrated crop-livestock and pasture systems with well defined historical management were selected in this study to better understand and decifer the possibles changes resulting in the biome Cerrado. In a second study, it was evaluated the potential of high concentration of CO2 and warming plots on system under increased temperature free-air controlled enhancement e carbon dioxide freeair enrichment (T-FACE) to assess the functional changes and microbial composition in the soil. The objectives of this study were to determine the total amount of the 16S rRNA Bacteria, Archaea and the functional genes amoA, nirS, nirK, cnorB, nosZ present under different soil management and evaluate the possible changes in the soil microbial community under high CO2 concentration and warming in the plots. To access the number of copies genes we used quantitative PCR, with the microbial community structure determined by T-RFLP and the microbial composition by Illumina next-generation sequencing. No-tillage and integrated crop-livestock revealed important capability to control N2O emissions. Notably, the high number of nosZ gene copies was found under no-tillage and integrated crop-livestock systems. This gene has a high potential to monitor the oxidation of N2O to N2. In addition, high CO2 concentration and elevated temperature increased 2-3 folds the number of copies of the nifH genes, and AOB nosZ throughout the experiment. The analysis of the diversity of functional taxonomic groups revealed that functional diversity has changed in plots with high N2O emissions, and showed a greater abundance of genes involved in denitrification, which possibly has stimulated the emissions of N2O from soil microbiota.

A agropecuária brasileira apresenta relevante papel sócio-econômico para o país, e constantemente busca novas tecnologias para alcançar uma agricultura sustentável. Com as mudanças que vêm ocorrendo no uso da terra, principalmente nas regiões tropical e subtropical, o Brasil vem sendo apontado como um grande emissor dos gases do efeito estufa. A conversão de florestas em sistemas agrícolas pode levar a um rápido aumento dos fluxos de CO2, CH4 e N2O no ambiente, além de potencializar o efeito estufa e ameaçar os diferentes ecossistemas. Em busca de sistemas mais conservacionistas, que possam mitigar o efeito estufa, os sistemas convencional, plantio direto, integração lavoura-pecuária e pastagem com histórico bem definido, foram selecionados nesse estudo para melhor compreensão e discernimento das possíveis mudanças oriundas dos sistemas avaliados no bioma do Cerrado. Em um segundo momento avaliamos o potencial da elevada concentração de CO2 aquecimento das parcelas em sistema sob temperature freeair controlled enhancement e carbon dioxide free-air enrichment (T-FACE) para avaliar as alterações funcionais e composição microbiana do solo. Os objetivos desse estudo foram: determinar a quantidade de células total dos genes 16S rRNA bactéria, archaea e dos genes funcionais amoA, nirS, nirK, cnorB, nosZ, presentes em diferentes sistemas de manejo do solo. Bem como, possíveis alterações na comunidade microbiana do solo sob elevada concentração de CO2 e aquecimento das parcelas. Para acessar o número de cópias dos genes foi utilizado o PCR quantitativo, a estrutura da comunidade microbiana foi determinada pela técnica de T-RFLP e a composição microbiana pelo sequenciamento de terceira geração. Os resultados dos sistemas de plantio direto e integração lavoura-pecuária revelaram importante capacidade de controlarem as emissões de N2O. Notoriamente, o número de cópias do gene nosZ teve sua densidade incrementada nos dois sistemas de plantio direto e integração lavoura-pecuária, este gene apresenta alto potencial para monitorar a desnitrificaçnao completa do N2O a N2. Adicionalmente, a elevada concentração de CO2 e elevada temperatura incrementaram o número de cópias dos genes nifH, AOB e nosZ ao longo do experimento. A análise da diversidade dos grupos taxinômicos e funcional revelou que a diversidade funcional foi alterada nas parcelas com maior emissão de N2O, apresentando maior abundância de genes (2-3 vezes) envolvidos na desnitrificação, acarretando possivelmente essas maiores emissões de N2O pela microbiota do solo. / Agriculture activities have large an important socio-economic role for a country, and are constantly searching for new technologies to achieve sustainable agriculture. Changes have occurred in land use, especially in tropical and subtropical regions and Brazil has been considered as a large emitter of greenhouse gases from agricultural systems. The conversion of forests to agricultural systems can lead to a fast increase of CO2 streams, CH4 and N2O for atmosphere, which enhances the greenhouse effect and threaten the ecosystem. In search of more conservation systems that can mitigate the greenhouse gas, the conventional, no-tillage, integrated crop-livestock and pasture systems with well defined historical management were selected in this study to better understand and decifer the possibles changes resulting in the biome Cerrado. In a second study, it was evaluated the potential of high concentration of CO2 and warming plots on system under increased temperature free-air controlled enhancement e carbon dioxide freeair enrichment (T-FACE) to assess the functional changes and microbial composition in the soil. The objectives of this study were to determine the total amount of the 16S rRNA Bacteria, Archaea and the functional genes amoA, nirS, nirK, cnorB, nosZ present under different soil management and evaluate the possible changes in the soil microbial community under high CO2 concentration and warming in the plots. To access the number of copies genes we used quantitative PCR, with the microbial community structure determined by T-RFLP and the microbial composition by Illumina next-generation sequencing. No-tillage and integrated crop-livestock revealed important capability to control N2O emissions. Notably, the high number of nosZ gene copies was found under no-tillage and integrated crop-livestock systems. This gene has a high potential to monitor the oxidation of N2O to N2. In addition, high CO2 concentration and elevated temperature increased 2-3 folds the number of copies of the nifH genes, and AOB nosZ throughout the experiment. The analysis of the diversity of functional taxonomic groups revealed that functional diversity has changed in plots with high N2O emissions, and showed a greater abundance of genes involved in denitrification, which possibly has stimulated the emissions of N2O from soil microbiota.