MIKROBIÁLNÍ EKOLOGIE
Intenzifikace zemědělství snižuje složitost mikrobiální sítě a množství klíčových taxonů v kořenech
Full-length Amplikon Sequencing (ITS) |PacBio HIFI
Zvýraznění
Aintenzifikace zemědělství je stále problematičtější kvůli svým nepříznivým účinkům na životní prostředí, včetně špatné účinnosti využívání živin, eutrofizace spodních vod, zhoršování kvality půdy atd. Ke snížení škod byly široce přijímány alternativní systémy hospodaření včetně bezorebného a organického zemědělství.Mikrobiální komunita hraje nepostradatelnou roli v produktivitě a udržitelnosti agroekosystému.Není však jasné, jak různé systémy hospodaření ovlivňují kořenovou mikrobiotu.
Experimentální design
Experimenty
Svzorky oleje a kořenů (DNA) byly z pšeničných polí z 60 zemědělské půdy (20 každý)
Gropování: 1. Konvence (s obděláváním půdy);2. Úmluva (neobdělávání);3. Ekologická zemědělská půda
Ssekvenační strategie: sekvenování amplikonu v plné délce (ITS)
Primers: ITS1F-ITS4 (cílení na celý region ITS ~630 bp)
Ssekvenační platforma: PacBio RS II
Bioinformatická analýza
Výsledek
On průměrně bylo identifikováno 357 OTU na jednu lokalitu a celkem 837 OTU ze všech 60 lokalit.Alfa diverzita společenstev kořenových hub nevykazovala významný rozdíl mezi třemi systémy hospodaření.Při beta analýze diverzity se však vytvořily tři odlišné shluky, což ukazuje na silné účinky systému hospodaření na strukturu společenství kořenových hub.
Obrázek 1. Analýza diverzity alfa (Shannonův index a složení společenstva) a analýza diverzity beta (kanonická analýza hlavních souřadnic) na společenstvech kořenových hub
Ten základní taxony byly definovány na základě celkové sítě společenstev hub napříč třemi zemědělskými systémy: bylo vybráno 10 nejlepších uzlů s nejvyšším stupněm, nejvyšší blízkostí centrality a nejnižší mezicentrálností.Sedm z nich patřilo k mykorhizním řádům.
Obrázek 2. Celková síť na společenstvech kořenových hub tří zemědělských systémů
FSítě specifické pro armovací systém indikovaly podstatně vyšší konektivitu v organické síti s dvakrát více hranami a více propojenými uzly než síť bez orby a konvenční síť.Síť ekologického zemědělství navíc ve srovnání se zbytkem obsahovala mnohem více klíčových taxonů (diamant), což podpořilo její komplexnost a konektivitu.
Obrázek 3. Sítě kořenových hub specifické pro zemědělský systém
Abyla pozorována silná negativní souvislost mezi intenzitou zemědělství a konektivitou sítě kořenových hub.Náhodná analýza lesa odhalila hlavní faktory klíčových taxonů: půdní fosfor, objemovou hmotnost, pH a mykorhizní kolonizaci.
Obrázek 4. Intenzita zemědělství a síťová konektivita ve třech zemědělských systémech (A a B);Náhodná analýza lesa (C) a vztah mezi intenzitou zemědělství a kolonizací AMF (D)
Technika
Sekvenování amplikonu po celé délce
AS příchodem „sekvenování třetí generace“ na scénu byla překonána omezení v cílových regionech a potíže při sestavování de novo.Společnost Pacific Bioscience (PacBio) úspěšně rozšířila čtení sekvencí na desítky kilobází, což nám umožňuje získat kompletní čtení 16s rRNA (1 000 bp-1 500 bp) v bakteriích nebo 18S rRNA (1 500 bp-2 000 bp) a ITS oblasti (400 bp-900 bp) u eukaryot.Rozšířený pohled na genetické pole výrazně zvýšil rozlišení anotací druhů a funkčních genů.Dlouhodobý problém týkající se základní přesnosti byl vyřešen pomocí samokorekce PacBio CCS, která generuje čtení HIFI s přesností čtení více než 99 %.
Výkon v anotaci OTU
TDíky výhodám dlouhého čtení a vysoké propustnosti lze dramaticky zvýšit přesnost anotace a dosáhnout rozlišení na „druhové úrovni“ v mikrobiální identifikaci.
Odkaz
Banerjee, Samiran a kol."Intenzifikace zemědělství snižuje složitost mikrobiální sítě a množství klíčových taxonů v kořenech."The ISME Journal (2019).
Tech and Highlights si klade za cíl sdílet nejnovější úspěšnou aplikaci různých vysoce výkonných sekvenačních technologií v různých oblastech výzkumu a také skvělé nápady v experimentálním designu a dolování dat.
Čas odeslání: leden-08-2022