MIKROBIÁLNA EKOLÓGIA
Poľnohospodárska intenzifikácia znižuje zložitosť mikrobiálnej siete a množstvo kľúčových taxónov v koreňoch
Amplikónové sekvenovanie v plnej dĺžke (ITS) |PacBio HIFI
Zvýraznenie
AIntenzifikácia poľnohospodárstva sa stáva čoraz problematickejšou kvôli jej nepriaznivým vplyvom na životné prostredie vrátane nízkej efektívnosti využívania živín, eutrofizácie podzemných vôd, zhoršovania kvality pôdy atď. Na zníženie škôd sa vo veľkej miere prijali alternatívne systémy hospodárenia vrátane bezorbového a organického poľnohospodárstva.Mikrobiálne spoločenstvo zohráva nenahraditeľnú úlohu v produktivite a udržateľnosti agroekosystému.Nie je však jasné, ako rôzne poľnohospodárske systémy ovplyvňujú koreňovú mikrobiotu.
Experimentálny dizajn
Experimenty
Svzorky oleja a koreňov (DNA) boli z pšeničných polí zo 60 poľnohospodárskej pôdy (po 20)
Grúbanie: 1. Konvencia (s obrábaním pôdy);2. Dohovor (neobrábanie pôdy);3. Ekologická poľnohospodárska pôda
Ssekvenčná stratégia: sekvenovanie amplikónov v plnej dĺžke (ITS)
Primers: ITS1F-ITS4 (zacielenie na celý región ITS ~630 bp)
Ssekvenčná platforma: PacBio RS II
Bioinformatická analýza
Výsledky
ONa jednu lokalitu bolo identifikovaných priemerne 357 OTU a celkovo 837 OTU zo všetkých 60 lokalít.Alfa diverzita spoločenstiev koreňových húb nevykazovala významný rozdiel medzi tromi systémami hospodárenia.Pri analýze beta diverzity sa však vytvorili tri odlišné zhluky, čo naznačuje silné účinky poľnohospodárskeho systému na štruktúru komunity koreňových húb.
Obrázok 1. Alfa diverzita (Shannonov index a zloženie spoločenstva) a beta analýza diverzity (kanonická analýza hlavných súradníc) na spoločenstvách koreňových húb
Tsk kľúčové taxóny boli definované na základe celkovej siete spoločenstiev húb naprieč tromi systémami chovu: bolo vybraných 10 najlepších uzlov s najvyšším stupňom, najvyššou blízkosťou a najnižšou centrálnosťou.Sedem z nich patrilo k mykoríznym radom.
Obrázok 2. Celková sieť na spoločenstvách koreňových húb troch systémov hospodárenia
FSiete špecifické pre systém vyzbrojovania indikovali výrazne vyššiu konektivitu v organickej sieti s dvakrát väčším počtom hrán a viac pripojených uzlov ako sieť bez orby a konvenčná sieť.Okrem toho sieť ekologického poľnohospodárstva obsahovala oveľa viac kľúčových taxónov (diamantov) v porovnaní so zvyškom, čo podporilo jej komplexnosť a konektivitu.
Obrázok 3. Siete koreňových húb špecifické pre poľnohospodársky systém
Abola pozorovaná silná negatívna súvislosť medzi intenzitou poľnohospodárstva a konektivitou siete koreňových húb.Náhodná analýza lesa odhalila hlavné faktory kľúčových taxónov: pôdny fosfor, objemovú hmotnosť, pH a mykoríznu kolonizáciu.
Obrázok 4. Intenzita poľnohospodárstva a sieťová konektivita v rámci troch poľnohospodárskych systémov (A a B);Náhodná analýza lesa (C) a vzťah medzi intenzitou poľnohospodárstva a kolonizáciou AMF (D)
Technológia
Sekvenovanie amplikónov v plnej dĺžke
AS príchodom „sekvenovania tretej generácie“ na scénu boli prekonané obmedzenia v cieľových regiónoch a problémy pri zostavovaní de novo.Pacific Bioscience (PacBio) úspešne rozšíril čítanie sekvencií na desiatky kilobáz, čo nám umožňuje získať 16s rRNA (1 000 bp – 1 500 bp) v plnej dĺžke v baktériách alebo 18S rRNA (1 500 bp – 2 000 bp) a ITS oblasti (400 bp-900 bp) v eukaryotikách.Rozšírený pohľad na genetické pole výrazne zvýšil rozlíšenie anotácie druhov a funkčných génov.Dlhoročný problém týkajúci sa základnej presnosti bol vyriešený samokorekciou PacBio CCS, ktorá generuje čítanie HIFI s presnosťou čítania viac ako 99 %.
Výkon v anotácii OTU
TVďaka výhodám dlhého čítania a vysokej priepustnosti možno dramaticky zvýšiť presnosť anotácie a dosiahnuť rozlíšenie na „druhovej úrovni“ pri mikrobiálnej identifikácii.
Odkaz
Banerjee, Samiran a kol."Intenzifikácia poľnohospodárstva znižuje zložitosť mikrobiálnej siete a množstvo kľúčových taxónov v koreňoch."The ISME Journal (2019).
Tech and Highlights sa zameriava na zdieľanie najnovších úspešných aplikácií rôznych vysokovýkonných sekvenčných technológií v rôznych oblastiach výskumu, ako aj skvelých nápadov v experimentálnom dizajne a dolovaní údajov.
Čas odoslania: Jan-08-2022