We present a comprehensive phylogeny derived from 5 genes, nucSSU, nucLSU rDNA, TEF1, RPB1 and RPB2, for 356 isolates and 41 families (six newly described in this volume) in Dothideomycetes.All currently accepted orders in the class are represented for the first time in addition to numerous previously unplaced lineages.Subclass Pleosporomycetidae is expanded to include the aquatic order Jahnulales.An ancestral reconstruction of basic nutritional modes supports numerous transitions from saprobic life histories to plant associated and lichenised modes and a transition from terrestrial to aquatic habitats are confirmed.Finally, a genomic comparison of 6 dothideomycete genomes with other fungi finds a high level of unique protein associated with the class, supporting its delineation as a separate taxon.

Abstract Background Endolithic niches offer an ultimate refuge, supplying buffered conditions for microorganisms that dwell inside rock airspaces. Yet, survival and growth strategies of Antarctic endolithic microbes residing in Earths’ driest and coldest desert remains virtually unknown. Results From 109 endolithic microbiomes, 4,539 metagenome-assembled genomes were generated, 49.3% of which were novel candidate bacterial species. We present evidence that trace gas oxidation and atmospheric chemosynthesis may be the prevalent strategies supporting metabolic activity and persistence of these ecosystems at the fringe of life and the limits of habitability. Conclusions These results represent the foundation to untangle adaptability at the edge of sustainability on Earth and on other dry Earth-like planetary bodies such as Mars.

The harsh environmental conditions of the ice-free regions of Continental Antarctica are considered one of the closest Martian analogues on Earth. There, rocks play a pivotal role as substratum for life and endolithism represents a primary habitat for microorganisms when external environmental conditions become incompatible with active life on rock surfaces. Due to the thermal inertia of rock, the internal airspace of lithic substratum is where microbiota find a protected and buffered microenvironment, allowing life to spread throughout these regions with extreme temperatures and low water availability. The high degree of adaptation and specialization of the endolithic communities makes them highly resistant but scarsely resilient to any external perturbation and thus, any shifts in microbial community composition may serve as early-alarm systems of environmental perturbation, including climate change. Previous research concluded that altitude and distance from sea do not play as driving factors in shaping microbial abundance and diversity, while sun exposure was hypothesized as significant parameter influencing endolithic settlement and development. This study aims to explore our hypothesis that changes in sun exposure translate to shifts in community composition and abundances of main biological compartments (fungi, algae and bacteria) in the Antarctic cryptoendolithic communities. We performed a preliminary molecular survey, based on DGGE and qPCR tecniques, of 48 rocks with varying sun exposure, collected in Victoria Land along an altitudinal transect from 834 to 3100 m a.s.l. Our findings demonstrate that differences in sun radiation between north and south exposure influence temperature of rocks surface, availability of water and metabolic activity and also have significant impact on community composition and microbial abundance.

Antarctic cryptoendolithic communities are self-supporting borderline ecosystems spreading across the extreme conditions of the Antarctic desert and represent the most predominant life-form in the ice-free desert of McMurdo Dry Valleys, accounted as the closest terrestrial Martian analogue. Components of these communities are very adapted extremophiles and extreme-tolerant microorganisms, among the most resistant known to date. Recent advances started to investigate the biodiversity and community composition in these microbial ecosystems but the metabolic activity of the metacommunity has never been investigated to date. In this study, we explored the stress-response, spreading in two different sites of the same location, subjected to increasing environmental pressure due to opposite sun exposure, to verify the effect of sunlight on settlement and adaptation strategies. Results indicated that the metabolic responses are shaped according to external conditions; in the overall 252 altered metabolites (56 and 196 unique for north and south, respectively), distinguished the two differently exposed communities. We also selected 10 metabolites and performed two-stage Receiver Operating Characteristic (ROC) analysis to test them as potential biomarkers. We focused further on melanin and allantoin as protective substances; their concentration was highly different in the community in the shadow or in the sun.

Cryptoendolithic communities are microbial ecosystems dwelling inside porous rocks. They are able to persist at the edge of the biological potential for life in the ice-free areas of continental Antarctica. These areas include the McMurdo Dry Valleys, often cited as a Terrestrial analog of the Martian environment. Despite their interest as a model for the early colonization by living organisms of terrestrial ecosystems and for adaptation to extreme conditions of stress, little is known about the evolution, diversity and genetic makeup of bacterial species that reside in these environments. We performed metagenomic sequencing of 18 communities from rocks collected in Antarctic desert areas over a distance of about 350 km. A total of 469 draft bacterial genome sequences were assembled, and clustered into 269 candidate species that lack a representative genome in public databases. The majority of these new species belong to monophyletic bacterial clades that diverged from related taxa in a range from 1.2 billion to 410 Ma, much earlier than the glaciation of Antarctica, and that are functionally distinct from known related taxa. The hypothesis that Antarctic cryptoendolithic bacterial lineages were generated by the selection of pre-existing cold-tolerant organisms whose origin dates back to the Tonian glaciations gives new insights for the possibility of life on Mars.

Antarctic cryptoendolithic communities are microbial ecosystems dwelling inside rocks of ice-free areas in Continental Antarctica. In Antarctica, these ecosystems were first described from the McMurdo Dry Valleys, accounted as the best analogous of the Martian environment on Earth and thought to be devoid of life until the discovery of these cryptic life-forms. Our results present the first shotgun metagenomes of Antarctic cryptoendolithic lichen-dominated communities from 18 differently sun-exposed rock samples collected during the XXXI Italian Antarctic Expedition (2015-16), along an altitudinal transect from 834 up to 3100 m a.s.l. Here, we provide the raw data obtained with Illumina Novaseq sequencer, followed by initial functional and taxonomic analysis. Our results extend understanding of the microbial diversity and biological processes in the Antarctic desert and represent an invaluable resource for the scientific community as a base-line for further studies of this kind to examine the mechanisms and pathways necessary for life to adapt and evolve in the extremes.

Describing the total biodiversity of an environmental metacommunity is challenging due to the presence of cryptic and rare species and incompletely described taxonomy. How many samples to collect is a common issue faces ecologists when designing fieldwork sampling: collecting many samples may indeed capture the whole metacommunity structure, but can be prohibitively costly and lead to an enormous amount of data to analyse. Conversely, too few samples may yield inadequate and incomplete data which can prohibit complete assessment of community diversity. High-throughput sequencing allows examination of large numbers of samples enabling comprehensive biodiversity assessments. In this study, we sought to estimate how the scale of sampling affects accuracy of community diversity description in order to develop strategies to exhaustively describe the microbial diversity of cryptoendolithic communities in the McMurdo Dry Valleys in Antarctica accounted as the closest Martian analogue on Earth, exhibiting extreme conditions such as low temperatures, wide thermal fluctuations, low nutrient availability and high UV radiation. We found that sampling effort, based on accumulation curves analysis, had a considerable impact on assessing species richness and composition in these ecosystems, confirming that a sampling as large as nine rock specimens was necessary to detect almost all fungal species present, but was not sufficient to capture whole bacterial assemblage.

Abstract Rock-dwelling microorganisms are key players in ecosystem functioning of Antarctic ice free-areas. Yet, little is known about their diversity and ecology. Here, we performed metagenomic analyses on rocks from across Antarctica comprising >75,000 viral operational taxonomic units (vOTUS). We found largely undescribed, highly diverse and spatially structured virus communities potentially influencing bacterial adaptation and biogeochemistry. This catalog lays the foundation for expanding knowledge of the virosphere in extreme environments.

Abstract Metagenomics is one of the most promising approaches to identify and characterize novel microbial species from environmental samples. While a large amount of prokaryotic metagenome assembled genomes (MAGs) have been published, only a few examples of eukaryotic MAGs have been reported. This is in part due to the absence of dedicated and easy-to-use processing pipelines. Quality assessment, annotation and phylogenomic placement of eukaryotic MAGs involve the use of several computational tools and reference databases that are often difficult to collect and maintain. We present metashot/aweMAGs, a fully automated workflow capable of performing all these steps. metashot/aweMAGs can run out-of-the-box on any platform that supports Docker, Singularity and Nextflow, including computing clusters or batch systems in the cloud.

Abstract Antarctic deserts are among the driest and coldest ecosystems of the planet; there, some microbes hang on to life under these extreme conditions inside porous rocks, forming the so-called endolithic communities. Yet, the contribution of distinct rock traits to support complex microbial assemblies remains poorly determined. Here, we combined an extensive Antarctic rock survey with rock microbiome sequencing and ecological networks, and found that contrasting combinations of microclimatic and rock traits such as thermal inertia, porosity, iron concentration and quartz cement can help explain the multiple complex and independent microbial assemblies found in Antarctic rocks. Our work highlights the pivotal role of rocky substrate heterogeneity in sustaining contrasting groups of microorganisms, which is essential to understand life at the edge on Earth, and for searching life on other rocky planets such as Mars.