МИКРОБНАЯ ЭКОЛОГИЯ
Интенсификация сельского хозяйства снижает сложность микробной сети и количество ключевых таксонов в корнях.
Полноразмерное секвенирование ампликонов (ITS) |Пакбио Hi-Fi
Основные моменты
Aинтенсификация сельского хозяйства становится все более проблематичной из-за ее неблагоприятного воздействия на окружающую среду, включая низкую эффективность использования питательных веществ, эвтрофикацию грунтовых вод, ухудшение качества почвы и т. д. Для уменьшения вреда широко применяются альтернативные системы ведения сельского хозяйства, включая нулевую обработку почвы и органическое земледелие.Микробное сообщество играет незаменимую роль в продуктивности и устойчивости агроэкосистемы.Однако неясно, как различные системы земледелия влияют на корневую микробиоту.
Экспериментальная дизайн
Эксперименты
Sобразцы масла и корней (ДНК) были взяты с пшеничных полей 60 сельскохозяйственных угодий (по 20 на каждом)
Gрыхление: 1. Конвенционное (с обработкой почвы);2. Конвенция (нулевая обработка почвы);3. Органические сельскохозяйственные угодья
Sстратегия секвенирования: полноразмерное секвенирование ампликонов (ITS).
Pримеры: ITS1F-ITS4 (нацеленные на всю область ITS ~630 п.н.)
Sплатформа для секвенирования: PacBio RS II
Биоинформатический анализ
Полученные результаты
On В среднем на каждый объект было выявлено 357 OTU, а всего на всех 60 объектах — 837 OTU.Альфа-разнообразие сообществ корневых грибов не выявило существенных различий между тремя системами земледелия.Однако в ходе бета-анализа разнообразия были сформированы три отдельных кластера, что указывает на сильное влияние системы земледелия на структуру сообщества корневых грибов.
Рисунок 1. Альфа-разнообразие (индекс Шеннона и состав сообщества) и анализ бета-разнообразия (канонический анализ главных координат) сообществ корневых грибов.
TКлючевые таксоны были определены на основе общей сети грибных сообществ в трех системах земледелия: были выбраны 10 лучших узлов с самой высокой степенью, самой высокой центральностью близости и самой низкой центральностью между связями.Семь из них относились к микоризным отрядам.
Рисунок 2. Общая сеть сообществ корневых грибов трех систем земледелия.
FСети, специфичные для системы вооружения, показали значительно более высокую связность в органической сети с вдвое большим количеством ребер и большим количеством связанных узлов, чем в сети с нулевой обработкой почвы и в традиционной сети.Более того, сеть органического земледелия содержала гораздо больше ключевых таксонов (алмазов) по сравнению с остальными, что способствовало ее сложности и взаимосвязанности.
Рисунок 3. Сети корневых грибов, специфичные для сельскохозяйственной системы
AНаблюдалась сильная отрицательная связь между интенсивностью сельского хозяйства и связностью сети корневых грибов.Случайный анализ леса выявил основные факторы, влияющие на ключевые таксоны: фосфор почвы, объемную плотность, pH и микоризную колонизацию.
Рисунок 4. Интенсивность сельского хозяйства и сетевая связь между тремя сельскохозяйственными системами (A и B);Случайный анализ леса (C) и связь между интенсивностью сельского хозяйства и колонизацией AMF (D)
Технологии
Полноразмерное секвенирование ампликонов
AС выходом на сцену «Секвенирования третьего поколения» ограничения в целевых регионах и проблемы сборки de novo были преодолены.Компания Pacific Bioscience (PacBio) успешно расширила считывание последовательностей до десятков килобаз, что позволяет нам получать полноразмерные чтения 16s рРНК (1000–1500 п.н.) у бактерий или 18S рРНК (1500–2000 п.н.) и ITS. области (400-900 п.н.) у эукариот.Расширение взгляда на генетическое поле значительно улучшило разрешение аннотаций видов и функциональных генов.Давно беспокоившая проблема с базовой точностью была решена с помощью самокоррекции PacBio CCS, которая генерирует считывания HIFI с точностью считывания более 99%.
Производительность в аннотации OTU
TИспользуя преимущества как длительного считывания, так и высокой производительности, можно значительно повысить точность аннотаций и достичь разрешения «видового уровня» при микробной идентификации.
Ссылка
Банерджи, Самиран и др.«Интенсификация сельского хозяйства снижает сложность микробной сети и количество ключевых таксонов в корнях».Журнал ISME (2019).
Технологии и основные моменты Целью является обмен последними успешными применениями различных технологий высокопроизводительного секвенирования в различных областях исследований, а также блестящими идеями в области экспериментального проектирования и интеллектуального анализа данных.
Время публикации: 08 января 2022 г.