Penelitian mengenai evolusi adaptif mikroba dan strategi regulasi mereka terhadap heterogenitas karbon (C) di lapangan sawah pada skala besar masih terbatas pemahamannya. Di wilayah Mollisol Tiongkok, yang dikenal dengan kesuburannya yang luar biasa, tanah sawah memiliki peranan penting dalam siklus karbon global. Tanah sawah tersebut menjadi habitat bagi berbagai mikroorganisme yang berperan dalam proses metabolisme karbon, yang mendukung kesuburan tanah dan memengaruhi emisi gas rumah kaca. Oleh karena itu, penting untuk memahami pola biogeografi mikroba dan mekanisme adaptasi mereka terhadap variasi kandungan karbon di dalam tanah sawah. Sebuah studi yang dilakukan oleh Xiaojing Hu, Haidong Gu, Mikhail Semenov, Yongbin Wang, Jinyuan Zhang, Zhenhua Yu, Yansheng Li, Junjie Liu, Jian Jin, Xiaobing Liu, dan Guanghua Wang bertujuan untuk mengungkap hal ini dengan menggunakan pendekatan metagenomik yang berbasis gen dan genom.
Penelitian ini mencakup analisis terhadap 120 sampel tanah yang diambil dari 30 lokasi sawah yang tersebar di wilayah Mollisol Tiongkok. Peneliti menggunakan pendekatan metagenomik untuk memetakan pola biogeografi mikroba dan karakteristik fungsional yang mengatur siklus karbon di tanah sawah. Salah satu temuan utama dari studi ini adalah terjadinya hubungan jarak-dekad (distance-decay relationships/DDRs) yang signifikan di tingkat fungsi karbon mikroba dan taksonomi genomik. Hubungan jarak-dekad ini menunjukkan bahwa distribusi mikroba dan fungsinya terkait erat dengan jarak geografis antara lokasi-lokasi sawah tersebut.
Hasil penelitian menunjukkan adanya pembagian jelas antara dua kelompok tanah berdasarkan kandungan total karbon (TC) yang ditemukan di sampel tanah sawah tersebut. Kelompok pertama, yang disebut sebagai High Carbon Soils (HCS) (Tanah Karbon Tinggi), mencakup situs-situs yang terletak pada lintang yang lebih tinggi, dengan kandungan karbon yang relatif tinggi. Sebaliknya, kelompok kedua, yaitu Low Carbon Soils (LCS) (Tanah Karbon Rendah), meliputi situs-situs dengan kandungan karbon yang lebih rendah dan tersebar di daerah-daerah yang lebih rendah lintangnya. Temuan ini menunjukkan adanya variasi yang jelas dalam kandungan karbon tanah sawah berdasarkan posisi geografisnya.
Penting untuk dicatat bahwa kelompok tanah dengan HCS memiliki profil metabolisme karbon yang berbeda dibandingkan dengan tanah dengan LCS. Di tanah HCS, ditemukan bahwa jalur metabolisme yang terlibat dalam respirasi aerobik, fiksasi karbon, dan metanogenesis lebih jarang ditemukan dibandingkan di tanah LCS. Sebaliknya, tanah LCS menunjukkan keberagaman lebih tinggi dalam jalur-jalur tersebut, serta tingkat keberadaan enzim-enzim seperti karbohidrat esterase (CE) dan transferase glikosil (GT), yang memiliki peran dalam pemrosesan bahan organik dalam tanah.
Salah satu aspek menarik dari penelitian ini adalah peran virus tanah dalam memodulasi metabolisme karbon. Dari 211 metagenomik yang berhasil disusun (metagenome-assembled genomes/MAGs), ditemukan bahwa beberapa MAG memiliki fungsi metabolisme karbon yang beragam dan menunjukkan pola distribusi yang terkait dengan kandungan karbon tanah. Misalnya, MAG292, yang termasuk dalam ordo Nanopelagicales, memiliki korelasi positif yang signifikan dengan kandungan total karbon dan lebih banyak ditemukan di tanah HCS. Sebaliknya, MAG153, yang termasuk dalam ordo Chitinophagales, menunjukkan tren yang berlawanan, dengan jumlah yang lebih banyak ditemukan di tanah LCS.
Selain itu, penelitian ini juga mengidentifikasi 133 vMAGs (virus-like MAGs) baru, yang merupakan genom virus yang lebih mirip dengan mikroorganisme tanah daripada dengan virus yang ada di lingkungan lain. Salah satu penemuan penting adalah bahwa abundansi dari beberapa jenis fag, seperti phage11, phage16, phage26, dan phage120, lebih tinggi di tanah LCS dibandingkan di tanah HCS. Fag-fag ini membawa gen seperti chiA dan GH19 yang terlibat dalam degradasi kitin, bahan yang umum ditemukan dalam dinding sel jamur dan beberapa mikroba. Secara berlawanan, tanah HCS memiliki abundance fag89 yang mengandung gen slt dan GH23, yang berperan dalam penguraian peptidoglikan, komponen utama dinding sel bakteri.
Temuan ini menunjukkan bahwa virus tanah memiliki potensi untuk mempengaruhi keseimbangan mikroba di dalam tanah dengan cara yang kompleks. Di tanah HCS, virus tampaknya memainkan peran penting dalam mengatur jumlah mikroba dengan memecah peptidoglikan bakteri, yang meningkatkan kandungan bahan organik yang mati, dan berkontribusi pada akumulasi karbon di dalam tanah. Di sisi lain, di tanah LCS, virus bersama mikroba tampaknya berperan dalam menurunkan kandungan karbon tanah dengan mengekspresikan gen metabolik tambahan yang terlibat dalam degradasi kitin, yang pada akhirnya mengurangi kandungan karbon dalam tanah.
Evolusi adaptif mikroba terhadap kondisi lingkungan yang berbeda adalah aspek yang sangat penting dalam memahami bagaimana mikroorganisme dapat bertahan dan berfungsi di ekosistem yang sangat bervariasi. Dalam konteks tanah sawah di wilayah Mollisol Tiongkok, temuan penelitian ini mengungkapkan bahwa ada strategi adaptasi yang berbeda antara mikroba yang hidup di tanah dengan HCS dan LCS. Di tanah HCS, mikroba cenderung mengembangkan jalur metabolisme yang lebih efisien dalam mengolah karbon yang tersedia, berfokus pada pemanfaatan oksigen untuk respirasi aerobik dan fiksasi karbon. Sebaliknya, di tanah LCS, mikroba beradaptasi dengan mengaktifkan jalur yang lebih berfokus pada proses anaerobik seperti metanogenesis dan fermentasi, yang memungkinkan mereka untuk bertahan di lingkungan dengan tingkat oksigen yang lebih rendah dan kadar karbon yang lebih terbatas.
Penelitian ini memberikan wawasan penting tentang bagaimana mikroba beradaptasi terhadap variasi kandungan karbon di tanah sawah, serta bagaimana interaksi antara mikroba dan virus dapat mempengaruhi siklus karbon di tanah. Penemuan tentang hubungan jarak-dekad, perbedaan jalur metabolisme karbon di tanah HCS dan LCS, serta peran virus tanah dalam memodulasi kandungan karbon memberikan pemahaman yang lebih dalam mengenai regulasi karbon tanah. Temuan ini membuka potensi untuk mengembangkan strategi pengelolaan tanah sawah yang lebih berkelanjutan, dengan memperhatikan peran mikroba dan virus dalam mempertahankan kesuburan tanah dan mengurangi emisi gas rumah kaca.
Sumber:
Leave a Reply