MIKROBIAL EKOLOGI
Jordbruksintensivering minskar mikrobiella nätverks komplexitet och överflöd av keystone taxa i rötter
Fullängds Amplicon Sequencing (ITS) |PacBio HIFI
Höjdpunkter
AJordbruksintensiveringen har blivit allt mer problematisk på grund av dess negativa miljöeffekter, inklusive dålig näringseffektivitet, övergödning av grundvatten, försämring av markkvaliteten, etc. Alternativa jordbrukssystem inklusive no-till och ekologisk odling har antagits i stor utsträckning för att minska skadorna.Mikrobiella samhällen spelar en oumbärlig roll i produktiviteten och hållbarheten hos agroekosystem.Det är dock ganska oklart hur olika odlingssystem påverkar rotmikrobiota.
Experimentell design
Experiment
Solje- och rotprover (DNA) kom från vetefält från 60 jordbruksmark (20 vardera)
Grouping: 1. Konvention (med jordbearbetning);2. Konvention (ej jordbearbetning).3. Ekologisk jordbruksmark
Sequencing-strategi: Fullängds amplikonsekvensering (ITS)
Primers: ITS1F-ITS4 (inriktad på hela ITS-regionen ~630 bp)
Sequencing-plattform: PacBio RS II
Bioinformatisk analys
Resultat
OI genomsnitt identifierades 357 OTU per plats och totalt 837 OTU av alla 60 platser.Alfa-mångfalden av rotsvampsamhällen visade inte signifikant skillnad mellan tre jordbrukssystem.Tre distinkta kluster bildades dock i beta-diversitetsanalys, vilket indikerar en stark effekt av jordbrukssystemet på rotsvampsamhällets struktur.
Figur 1. Alfa-diversitet (Shannon-index och samhällssammansättning) och beta-diversitetsanalys (kanonisk analys av huvudkoordinater) på rotsvampsamhällen
Tsv keystone taxa definierades baserat på ett övergripande nätverk av svampsamhällen över tre odlingssystem: topp 10 noder med högsta grad, högsta närhet centralitet och lägsta mellanliggande centralitet valdes.Sju av dem tillhörde mykorrhizaorden.
Figur 2. Övergripande nätverk om rotsvampsamhällen i tre odlingssystem
Farming-system-specifika nätverk indikerade en avsevärt högre anslutning i organiska nätverk med två gånger fler kanter och fler anslutna noder än no-till och konventionella nätverk.Dessutom hade det ekologiska jordbruksnätverket mycket mer keystone taxa (diamant) jämfört med resten, vilket stödde dess komplexitet och anslutningsmöjligheter
Figur 3. Jordbrukssystemspecifika rotsvampnätverk
AEtt starkt negativt samband mellan jordbruksintensitet och rotsvampnätverksanslutningar observerades.Slumpmässig skogsanalys avslöjade de viktigaste drivkrafterna för keystone taxa: markfosfor, bulkdensitet, pH och mykorrhizakolonisering.
Figur 4. Jordbruksintensitet och nätverksanslutning mellan tre jordbrukssystem (A och B);Slumpmässig skogsanalys(C) och samband mellan jordbruksintensitet och AMF-kolonisering (D)
Teknologi
Amplikonsekvensering i full längd
As "Third Generation Sequencing" kommer in på scenen, har begränsningarna i målområdena och problem i de novo montering övervunnits.Pacific Bioscience (PacBio) har framgångsrikt utökat läsningen av sekvenser till tiotals kilobaser, vilket gör att vi kan erhålla fullängdsavläsningar av 16s rRNA (1 000 bp-1 500 bp) i bakterier eller 18S rRNA (1 500 bp-2 000 bp) och ITS regioner (400 bp-900 bp) i eukaryoter.Den vidgade synen på genetiskt fält förbättrade avsevärt upplösningen av artanteckningar och funktionella gener.Det länge berörda problemet med basnoggrannhet har lösts av PacBio CCS självkorrigering, som genererar HIFI-läsningar med över 99 % läsnoggrannhet.
Prestanda i OTU-kommentarer
TTack vare fördelarna med både långa läsningar och hög genomströmning kan anteckningarnas noggrannhet ökas dramatiskt och uppnå en upplösning på "artnivå" vid mikrobiell identifiering.
Referens
Banerjee, Samiran, et al."Intensivering av jordbruket minskar mikrobiella nätverks komplexitet och överflöd av keystone taxa i rötter."ISME Journal (2019).
Teknik och höjdpunkter syftar till att dela den senaste framgångsrika tillämpningen av olika högkapacitetssekvenseringsteknologier på olika forskningsarenor samt briljanta idéer inom experimentell design och datautvinning.
Posttid: Jan-08-2022