Временная изменчивость почвенного микробиома обусловлена почвенно-экологическими факторами: температурой, влажностью, растительным покровом, гранулометрическим составом и содержанием органического вещества. Дерново-подзолистые почвы бореального климата с ярко выраженной сезонностью (четыре сезона, длительные холодный и жаркий периоды) являются оптимальной моделью для исследования сезонной динамики микробных сообществ. Целью исследования было изучить влияние сезонных изменений температуры и влажности на численность и таксономический состав тотальных (ДНК) и метаболически активных (РНК) микробных сообществ дерново-подзолистой почвы в условиях бореального климата.
Объектом исследования являлась дерново-подзолистая почва (Eutric Albic Retisol) залежи, расположенная на территории стационара “Ельдигино” Пушкинского района Московской области. Отбор образцов проводили из двух почвенных горизонтов (10 и 55 см) в пятикратной пространственной повторности ежемесячно в течение года с января по декабрь. ДНК и РНК из почв выделяли наборами RNeasy PowerSoil Total RNA Kit и RNeasy PowerSoil DNA Elution Kit (Qiagen, Германия). Количество нуклеиновых кислот определяли флуориметром Qubit 3 с набором Qubit dsDNA HS Assay Kit. РНК обрабатывали ДНазой и подвергали обратной транскрипции (MMLV RT kit, Евроген). Численность копий бактериальных и архейных генов оценивали методом РТ-ПЦР. Таксономический состав тотальных и метаболически активных микробных сообществ определяли секвенированием ампликонов гена 16S рРНК на платформе Illumina MiSeq; анализ последовательностей выполняли в QIIME. С марта по сентябрь значения ДНК варьировали от 37 до 114 мкг г^(−1) в верхнем горизонте и составляли менее 20 мкг г^(−1) на глубине 55 см. С октября по февраль количество ДНК было ниже уровня обнаружения флуориметра Qubit 3. Численность копий генов бактерий в образцах ДНК варьировала с марта по сентябрь в диапазоне от 10^10 до 6 × 10^10 копий генов г^(−1), снижаясь на два порядка в октябре. Для обеих глубин обилие изучаемых генов в ДНК и транскриптов генов в кДНК коррелировало с количеством экстрагированной ДНК. Для верхних горизонтов обилие 16S генов и их транскриптов бактерий и архей было связано с температурой воздуха и почвы. Глубина была основным фактором, влияющим на различие бактериальных сообществ в течение сезона. В верхнем горизонте доминирующими классами бактериального сообщества были Alphaproteobacteria (до 19%), Acidobacteria subgroup 6 (до 19%), Gammaproteobacteria (до 15%) и Deltaproteobacteria (до 8%), численность которых незначительно изменялась в течение года. В составе бактериального сообщества на глубине 55 см преобладали классы Acidobacteriia (до 29%), AD3 филума Chloroflexi (до 23%), Gemmatimonadetes (до 16%), Alphaproteobacteria (до 11%) и Gammaproteobacteria (до 11%). Для верхнего горизонта бактериальные сообщества, отобранные в период отсутствия вегетации (октябрь–февраль), группировались отдельно от сообществ почв, отобранных в период с марта по сентябрь. α-разнообразие тотальных бактериальных сообществ в верхних горизонтах значимо не различалось с марта по сентябрь. При этом в период с октября по февраль α-разнообразие тотальных сообществ бактерий верхнего горизонта существенно снижалось. Для активной части бактериальных сообществ статистически значимых различий по показателям α-разнообразия между месяцами в течение года не выявлено. Среди всех показателей α-разнообразия индекс Шеннона оказался наиболее стабильным в течение сезона. Таким образом, сезонная динамика численности и таксономического состава микробного сообщества дерново-подзолистой почвы в значительной степени определяется температурой почвы и воздуха, что позволяет выделить два периода: с марта по сентябрь и с октября по февраль.