ECOLOGIA MICROBICA
L’intensificazione agricola riduce la complessità della rete microbica e l’abbondanza di taxa chiave di volta nelle radici
Sequenziamento degli ampliconi a lunghezza intera (ITS) |PacBio HIFI
Punti salienti
Al’intensificazione dell’agricoltura è diventata sempre più problematica a causa dei suoi effetti ambientali negativi, tra cui la scarsa efficienza nell’uso dei nutrienti, l’eutrofizzazione delle falde acquifere, il degrado della qualità del suolo, ecc. Sistemi agricoli alternativi, tra cui la non lavorazione e l’agricoltura biologica, sono stati ampiamente adottati per ridurre il danno.La comunità microbica svolge un ruolo indispensabile nella produttività e nella sostenibilità dell’agroecosistema.Tuttavia, non è chiaro in che modo i diversi sistemi di coltivazione influenzino il microbiota radicale.
Design sperimentale
Esperimenti
Scampioni di olio e radici (DNA) provenivano da campi di grano di 60 terreni agricoli (20 ciascuno)
Grouping: 1. Convenzione (con lavorazione del terreno);2. Convenzione (non lavorazione del terreno);3. Terreni agricoli biologici
Sstrategia di sequenziamento: sequenziamento dell'amplicone a lunghezza intera (ITS)
Primers: ITS1F-ITS4 (mirato all'intera regione ITS ~630 bp)
Spiattaforma di sequenziamento: PacBio RS II
Analisi bioinformatica
Risultati
OSono state identificate in media 357 OTU per sito e un totale di 837 OTU per tutti i 60 siti.La diversità alfa delle comunità fungine delle radici non mostrava differenze significative tra i tre sistemi di coltivazione.Tuttavia, nell'analisi della diversità beta si sono formati tre cluster distinti, indicando forti effetti del sistema agricolo sulla struttura della comunità fungina radicale.
Figura 1. Analisi della diversità alfa (indice di Shannon e composizione della comunità) e della diversità beta (analisi canonica delle coordinate principali) sulle comunità fungine radicali
Tit i taxa chiave di volta sono stati definiti sulla base della rete complessiva di comunità fungine in tre sistemi di coltivazione: sono stati selezionati i primi 10 nodi con il grado più alto, la centralità di vicinanza più alta e la centralità di betweenness più bassa.Sette di loro appartenevano agli ordini micorrizici.
Figura 2. Rete complessiva sulle comunità fungine radicali di tre sistemi agricoli
FLe reti specifiche del sistema di inserimento hanno indicato una connettività considerevolmente più elevata nella rete organica con il doppio dei bordi e più nodi connessi rispetto alla rete no-till e convenzionale.Inoltre, la rete dell’agricoltura biologica ospitava molti più taxa chiave (diamante) rispetto al resto, il che ne supportava la complessità e la connettività.
Figura 3. Reti fungine radicali specifiche del sistema agricolo
Aè stata osservata una forte associazione negativa tra l’intensità agricola e la connettività della rete fungina radicale.L'analisi casuale delle foreste ha rivelato i principali fattori che determinano i taxa chiave di volta: fosforo nel suolo, densità apparente, pH e colonizzazione micorrizica.
Figura 4. Intensità agricola e connettività di rete in tre sistemi agricoli (A e B);Analisi casuale delle foreste (C) e relazione tra intensità agricola e colonizzazione AMF (D)
Tecnologia
Sequenziamento dell'amplicone a lunghezza intera
ACon l'avvento del “Sequenziamento di terza generazione”, le limitazioni nelle regioni target e i problemi nell'assemblaggio de novo sono stati superati.Pacific Bioscience (PacBio) ha esteso con successo la lettura di sequenze a decine di kilobasi, che permettono di ottenere letture complete di rRNA 16s (1.000 bp-1.500 bp) nei batteri o rRNA 18S (1.500 bp-2.000 bp) e ITS regioni (400 bp-900 bp) negli eucarioti.La visione più ampia del campo genetico ha notevolmente migliorato la risoluzione dell'annotazione delle specie e dei geni funzionali.Il problema a lungo preoccupato sulla precisione di base è stato risolto dall'autocorrezione PacBio CCS, che genera letture HIFI con una precisione di lettura superiore al 99%.
Prestazioni nell'annotazione OTU
Tsfruttando i vantaggi sia delle letture lunghe che dell'elevata produttività, la precisione dell'annotazione può essere notevolmente aumentata e ottenere una risoluzione "a livello di specie" nell'identificazione microbica.
Riferimento
Banerjee, Samiran et al.“L’intensificazione dell’agricoltura riduce la complessità della rete microbica e l’abbondanza di taxa chiave nelle radici”.Il giornale dell'ISME (2019).
Tecnologia e punti salienti mira a condividere le più recenti applicazioni di successo di diverse tecnologie di sequenziamento ad alto rendimento in vari ambiti di ricerca, nonché idee brillanti nella progettazione sperimentale e nel data mining.
Orario di pubblicazione: 08 gennaio 2022