Microbiome: 植物生态位和基因型对微生物的影响

EndNote相关资讯 | 2018-09-17 18:36

本文由殷继忠编译,董小橙、江舜尧编辑。

微生太原创微文,转载已获授权。

微生物在许多宿主生物中发挥着重要作用。想要了解从根际土壤到植物冠层不同生态位的微生物变化,必须更好地了解微生物组成和功能。选用杨树作为模型,使用基因测序技术分析不同生态位的古菌/细菌和真菌微生物。

原名:The Populus holobiont: dissecting the effects of plant niches and genotype on

the microbiome

译名:剖析植物生态位和基因型对微生物的影响

期刊:Microbiome

发表时间:2018年

通信作者: M. A. Cregger

通信作者单位:橡树岭国家实验室

实验设计

作者选用杨树作为研究对象,旨在了解相同环境条件下从土壤到树冠的美洲黑杨和毛果杨杂交种间的微生物群落情况,使用16S和ITS2 作为扩增子Illumina MiSeq测序技术,对不同植物生态位(即叶,茎,根,土壤)样本中微生物群落进行表征。

实验内容

1微生物群落组成和树木基因型

在采样的四种生态位(叶、茎、根和土壤)中,作者发现古菌/细菌和真菌群落组成存在显着差异(图1,表1),其α多样性在土壤中数值最大,而在叶子中含量最低(图2)。茎和根具有相似的细菌α多样性,茎中的真菌α多样性比叶和根中的数值更大,而土壤中真菌的α多样性数值大于根部样本。美洲黑杨的真菌多样性高于杂交杨树(图2),不同生态位决定了大部分菌群结构的差异(图3,表2)。此外,在叶片、根和土壤群落中,生态位对细菌组成的影响大于真菌(表2)。除叶子外,基因型的主要影响解释了特定生态位中古菌/细菌和真菌的相似变异量(表2)。

图1 四个生态位中细菌和真菌群落的NMDS分析

表1 基于ANOVA结果与Bray-Curtis距离矩阵分析细菌和真菌的群落情况

图2 辛普森的多样性和基因型结果(DD =美洲黑杨,TD = 杂交杨树)

图3 各生态位样本中真菌和细菌的NMDS情况

2 生态位和杨树基因型的门水平差异

在这项研究中检测到21个显著细菌门类以及变形菌门,梭菌属是唯一在这些生态位中没有差异的主要门类。泉古菌门、厚壁菌门、厚壁菌门、AD3和WS3在土壤中丰度高于根、茎和叶。在所有测试的生态位中,最常见的泉古菌门存在显着不同。泉古菌门在叶片中具有0.3%的相对丰度,在茎中具有0.1%的相对丰度,在根中具有0.2%的丰度,在土壤中具有3.0%的相对丰度。绿弯菌门、浮霉菌门、疣微菌门和δ-变形菌在土壤中具有最大相对丰度,但在根中的丰度高于茎和叶。芽单胞菌门在土壤中的含量最高,根系中的相对丰度则高于茎部。在研究中发现了六种真菌门类(图4)。担子菌门、壶菌门和球囊菌门在茎中最为丰富。子囊菌在叶片中最丰富,在土壤中含量最低。

图4 各样本中古菌/细菌和真菌群落的相对丰度

3 杨树的功能性真菌群落及OTU的差异

土壤腐生菌在杂种基因型中具有更大的相对丰度。与杂交基因型相比,美洲黑杨中含量丰富的植物病原体约为其2倍。检测到细菌和真菌的几个OTU发现,这些OTU在生态位和基因型之间存在显着差异(表3)。斑枯病和黑斑病(常见的杨树病原体)的相对丰度在生态位和基因型上均有不同。值得注意的是,两种潜在的真菌病原体在杂交株中的相对丰度显着增加(图5)。

表3 样本细菌和真菌群落的OTU分析结果

图5 样本中杨树叶片病原体的相对丰度情况

作者分析表明古菌/细菌和真菌微生物在多个生态位中的存在差异,均与植物基因型无关,但叶内的真菌群落,其受宿主基因型的影响很大。古菌/细菌多样性从叶片、茎、根到土壤逐渐增加增加,而真菌多样性在茎和土壤中数值最大。

本研究为大家提供了通过生态位分析微生物群落结构的研究思路。明确了杨树特定生态位微生物的重要性。帮助大家更好的了解了生态位的重要性,为以后研究提供了一定的基础帮助。翻译如有不准确的地方还望大家多多见谅,如有需要可阅读原文,详尽浏览。

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