Warming effects on metabolomic profiles of plant communities and soils of subarctic grasslands

Resumen

Evaluar los impactos del cambio climático en los ecosistemas globales es un reto clave para la comunidad científica. Comprender las respuestas fenotípicas de las plantas y los suelos es esencial para anticipar el futuro paisaje climático de estas redes biológicas. Las plantas, dominantes en el paisaje terrestre, son especialmente vulnerables a los efectos del calentamiento global; por ello, caracterizar las respuestas de las comunidades vegetales resulta fundamental para entender la respuesta general de los ecosistemas. Los suelos del Norte Circumpolar, que almacenan la mayor reserva global de carbono, constituyen la base de los ecosistemas terrestres y albergan una alta biodiversidad. Sin embargo, el calentamiento en esta región se amplifica hasta 3,8 veces con respecto al promedio mundial, lo que pone en riesgo a ecosistemas sensibles, como los pastizales subárticos. En esta tesis se investigan: (i) los perfiles metabolómicos foliares de gramíneas, herbáceas y plantas leñosas bajo condiciones de calentamiento; (ii) la interacción entre dinámica estacional y calentamiento a corto plazo (10 años) en el perfil metabolómico del suelo de pastizales subárticos; y (iii) la influencia de la presencia de raíces en combinación con un calentamiento de medio plazo (12 años) y largo plazo (>60 años) en suelos subárticos. Se realizó un metaanálisis de estudios publicados centrado en el perfil metabolómico foliar de plantas sometidas a aumentos de temperatura de 0 a 20 °C. Mediante un enfoque cualitativo y cuantitativo se observó un enriquecimiento en vías de metabolitos primarios relacionados con el metabolismo de azúcares, la estabilización de membranas y la respuesta al estrés en los tres grupos vegetales. En los metabolitos secundarios se identificó una regulación positiva de terpenos y una regulación negativa de flavonoides en plantas leñosas. Estos resultados aportan información relevante sobre los mecanismos metabólicos que emplean las comunidades vegetales para adaptarse a escenarios climáticos futuros. Para analizar el efecto combinado de la variación estacional y el calentamiento del suelo en pastizales subárticos del sur de Islandia, se aplicó metabolómica no dirigida mediante HPLC-MS. Tanto la estacionalidad como el calentamiento modificaron el perfil metabolómico del suelo, aunque no se detectó interacción significativa entre ambos factores. La dinámica estacional estuvo dominada por cambios en el kaempferol, lo que subraya la necesidad de un muestreo temporal de mayor resolución. El calentamiento indujo variaciones en carbohidratos y nucleótidos, lo que sugiere alteraciones en la actividad microbiana y en el ciclo de nutrientes. Asimismo, para explorar las interacciones planta-suelo bajo calentamiento, se analizaron mediante HPLC-MS núcleos de inclusión y exclusión radicular en sitios de calentamiento de medio y largo plazo. Aunque no se observaron interacciones significativas entre la presencia de raíces y el calentamiento, ambos factores modificaron de manera independiente el metaboloma del suelo. Se detectaron cambios en carbohidratos, aminoácidos y flavonoides, relacionados con variaciones en la actividad microbiana y en la disponibilidad de carbono lábil. En conjunto, los resultados de esta tesis resaltan la reconfiguración potencial de las vías metabolómicas foliares en comunidades vegetales y la influencia de factores coexistentes, como la estacionalidad y la presencia de raíces, en los perfiles metabolómicos del suelo bajo condiciones de calentamiento. Estos hallazgos contribuyen a comprender cómo el cambio climático puede modificar los procesos metabólicos de plantas y suelos en ecosistemas subárticos, con implicaciones para la dinámica de nutrientes, la actividad microbiana y la estabilidad de los reservorios de carbono en un clima progresivamente más cálido.

Fecha de lectura	13 nov 2025
Idioma original	Inglés
Institución de lectura	Universitat Autònoma de Barcelona (UAB)
Supervisor	Albert Gargallo Garriga (Director/a), Josep Peñuelas Reixach (Director/a) & Jordi Sardans (Director/a)