MIKROBIEKOLOGIA
Maatalouden tehostaminen vähentää mikrobiverkoston monimutkaisuutta ja kulmakivitaksonien runsautta juurissa
Täyspitkä amplikonisekvenssi (ITS) |PacBio HIFI
Kohokohdat
Amaatalouden tehostamisesta on tullut yhä ongelmallisempaa johtuen sen haitallisista ympäristövaikutuksista, kuten huonosta ravinteiden käytön tehokkuudesta, pohjavesien rehevöitymisestä, maaperän laadun heikkenemisestä jne. Vaihtoehtoisia viljelyjärjestelmiä, mukaan lukien suorakylvö- ja luonnonmukainen viljely, on otettu laajalti käyttöön haittojen vähentämiseksi.Mikrobiyhteisöllä on korvaamaton rooli agroekosysteemin tuottavuuden ja kestävyyden kannalta.On kuitenkin melko epäselvää, miten erilaiset viljelyjärjestelmät vaikuttavat juurimikrobiotaan.
Kokeellinen suunnittelu
Kokeilut
Söljy- ja juurinäytteet (DNA) olivat vehnäpelloilta 60 maatalousmaasta (20 kustakin)
Grouping: 1. Konventio (muokkauksella);2. yleissopimus (ei-kylvö);3. Luomuviljelymaa
Sekvensointistrategia: täyspitkä amplikonisekvenssi (ITS)
Primers: ITS1F-ITS4 (kohdennettu koko ITS-alueelle ~630 bp)
Staajuuskorjausalusta: PacBio RS II
Bioinformaattinen analyysi
Tulokset
OKeskimäärin tunnistettiin 357 OTU:ta kohdetta kohden ja yhteensä 837 OTU:ta kaikista 60 toimipaikasta.Juurisieniyhteisöjen alfa-monimuotoisuus ei osoittanut merkittävää eroa kolmen viljelyjärjestelmän välillä.Beta-diversiteettianalyysissä muodostui kuitenkin kolme erillistä klusteria, mikä osoittaa viljelyjärjestelmän voimakkaan vaikutuksen juurisieniyhteisön rakenteeseen.
Kuva 1. Alfa-diversiteetti (Shannon-indeksi ja yhteisön koostumus) ja beeta-diversiteettianalyysi (pääkoordinaattien kanoninen analyysi) juurisieniyhteisöissä
Tfi Keystone-taksonit määriteltiin kolmen viljelyjärjestelmän sieniyhteisöjen yleisen verkoston perusteella: valittiin 10 parasta solmua, joilla oli korkein aste, korkein läheisyyskeskeisyys ja alhaisin keskiarvo.Heistä seitsemän kuului mykorritsalahkoihin.
Kuva 2. Kolmen viljelyjärjestelmän juurisieniyhteisöjen kokonaisverkosto
Fviritysjärjestelmäkohtaiset verkot osoittivat huomattavasti paremman liitettävyyden orgaanisessa verkossa, jossa oli kaksi kertaa enemmän reunoja ja enemmän kytkettyjä solmuja kuin suorakylvö- ja perinteinen verkko.Lisäksi luomuviljelyverkostossa oli paljon enemmän keystone-taksoneja (timantteja) muihin verrattuna, mikä tuki sen monimutkaisuutta ja liitettävyyttä.
Kuva 3. Viljelyjärjestelmäkohtaiset juurisieniverkostot
Ahavaittiin vahva negatiivinen yhteys maatalouden intensiteetin ja juurisieniverkkoyhteyksien välillä.Satunnainen metsäanalyysi paljasti pääkivitaksonien tärkeimmät tekijät: maaperän fosforin, irtotiheyden, pH:n ja mykorritsan kolonisaation.
Kuva 4. Maatalouden intensiteetti ja verkkoyhteydet kolmen viljelyjärjestelmän välillä (A ja B);Satunnainen metsäanalyysi (C) ja suhde maatalouden intensiteetin ja AMF-kolonisaation välillä (D)
Tekniikka
Täyspitkä amplikonin sekvensointi
As "Third Generation Sequencing" tulee lavalle, kohdealueiden rajoitukset ja de novo -kokoonpanon ongelmat on voitettu.Pacific Bioscience (PacBio) on onnistuneesti laajentanut sekvenssien lukemisen kymmeniin kiloemäksiin, mikä mahdollistaa 16s rRNA:n (1 000 bp - 1 500 bp) täyspitkien lukujen saamisen bakteereista tai 18S rRNA:sta (1 500 bp - 2 000 bp) ja ITS:stä. alueet (400 bp - 900 bp) eukaryooteissa.Laajempi näkemys geenikentästä paransi huomattavasti lajimerkintöjen ja toiminnallisten geenien erottelukykyä.Pitkään huolestunut perustarkkuuteen liittyvä ongelma on ratkaistu PacBio CCS -itsekorjauksella, joka tuottaa HIFI-lukemia yli 99 %:n lukutarkkuudella.
Suorituskyky OTU-merkinnöissä
TSekä pitkien lukujen että korkean suorituskyvyn etuja käyttämällä merkintöjen tarkkuutta voidaan lisätä dramaattisesti ja saavuttaa "lajitason" resoluutio mikrobien tunnistamisessa.
Viite
Banerjee, Samiran, et ai."Maatalouden tehostaminen vähentää mikrobiverkoston monimutkaisuutta ja kulmakivitaksonien runsautta juurissa."ISME Journal (2019).
Tekniikka ja kohokohdat Tavoitteena on jakaa erilaisten korkean suorituskyvyn sekvensointiteknologioiden viimeisimpiä onnistuneita sovelluksia eri tutkimusareenoilla sekä loistavia ideoita kokeelliseen suunnitteluun ja tiedon louhintaan.
Postitusaika: 08.01.2022