MIKROBIAL ØKOLOGI
Landbruksintensivering reduserer mikrobielle nettverkskompleksitet og overflod av keystone taxa i røttene
Full-lengde Amplicon Sequencing (ITS) |PacBio HIFI
Høydepunkter
Aintensivering av landbruket har blitt stadig mer problematisk på grunn av dens negative miljøeffekter, inkludert dårlig næringseffektivitet, eutrofiering av grunnvann, forringelse av jordkvalitet, etc. Alternative oppdrettssystemer inkludert ikke-jordbruk og økologisk landbruk har blitt tatt i bruk for å redusere skadene.Mikrobielle samfunn spiller en uunnværlig rolle i produktiviteten og bærekraften til agroøkosystemet.Det er imidlertid ganske uklart hvordan ulike oppdrettssystemer påvirker rotmikrobiota.
Eksperimentelt design
Eksperimenter
Solje- og rot(DNA)-prøver var fra hveteåkre fra 60 jordbruksland (20 hver)
Grouping: 1. Konvensjon (med jordbearbeiding);2. Konvensjon (ikke jordbearbeiding);3. Økologisk jordbruksland
Sequencing-strategi: Full-length Amplicon Sequencing (ITS)
Primere: ITS1F-ITS4 (målrettet mot hele ITS-regionen ~630 bp)
Sequencing-plattform: PacBio RS II
Bioinformatisk analyse
Resultater
On gjennomsnitt på 357 OTUer ble identifisert per sted og totalt 837 OTUer av alle 60 nettsteder.Alfa-mangfoldet av rotsoppsamfunn viste ikke signifikant forskjell mellom tre oppdrettssystem.Imidlertid ble tre distinkte klynger dannet i beta-mangfoldsanalyse, noe som indikerer en sterk effekt av oppdrettssystem på strukturen i rotsoppsamfunnet.
Figur 1. Alfa-diversitet (Shannon-indeks og samfunnssammensetning) og beta-diversitetsanalyse (kanonisk analyse av prinsipielle koordinater) på rotsoppsamfunn
Ten keystone taxa ble definert basert på et overordnet nettverk av soppsamfunn på tvers av tre oppdrettssystemer: topp 10 noder med høyest grad, høyeste nærhet og laveste mellomliggende sentralitet ble valgt.Syv av dem tilhørte mykorrhiza-ordener.
Figur 2. Overordnet nettverk om rotsoppsamfunn i tre oppdrettssystemer
Ftilkoblingssystemspesifikke nettverk indikerte en betydelig høyere tilkobling i organisk nettverk med to ganger flere kanter og flere tilkoblede noder enn ikke-jordbruk og konvensjonelt nettverk.Dessuten hadde det økologiske jordbruksnettverket mye mer keystone taxa (diamant) sammenlignet med resten, noe som støttet dets kompleksitet og tilkoblingsmuligheter
Figur 3. Oppdrettssystemspesifikke rotsoppnettverk
Asterk negativ sammenheng mellom landbruksintensitet og rotsoppnettverksforbindelse ble observert.Tilfeldig skoganalyse avslørte hoveddrivere for keystone-taxa: jordfosfor, bulktetthet, pH og mykorrhizal kolonisering.
Figur 4. Landbruksintensitet og nettverkstilkobling på tvers av tre oppdrettssystemer (A og B);Tilfeldig skoganalyse (C) og Forholdet mellom landbruksintensitet og AMF-kolonisering (D)
Teknologi
Amplikonsekvensering i full lengde
As «Third Generation Sequencing» kommer inn på scenen, har begrensningene i målrettede regioner og problemer i de novo-montering blitt overvunnet.Pacific Bioscience (PacBio) har med suksess utvidet lesingen av sekvenser til titalls kilobaser, som lar oss oppnå full-lengde avlesninger av 16s rRNA (1000 bp-1500 bp) i bakterier eller 18S rRNA (1500 bp-2000 bp) og ITS regioner (400 bp-900 bp) i eukaryote.Det utvidede synet på genetisk felt forbedret oppløsningen av artskommentarer og funksjonelle gener.Det lenge bekymrede problemet med grunnnøyaktighet har blitt løst av PacBio CCS-selvkorrigering, som genererer HIFI-avlesninger med over 99 % lesenøyaktighet.
Ytelse i OTU-annotering
TPå grunn av fordelene med både lange lesninger og høy gjennomstrømming, kan nøyaktigheten av merknader økes dramatisk og oppnå en "arts-nivå" oppløsning i mikrobiell identifikasjon.
Henvisning
Banerjee, Samiran, et al."Landbruksintensivering reduserer mikrobielle nettverkskompleksitet og overfloden av keystone taxa i røttene."ISME Journal (2019).
Teknologi og høydepunkter tar sikte på å dele den siste vellykkede anvendelsen av forskjellige høykapasitets sekvenseringsteknologier på forskjellige forskningsarenaer, samt geniale ideer innen eksperimentell design og datautvinning.
Innleggstid: Jan-08-2022