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科研动态

Microbiome:根际 VS 茎叶,杨树哪儿的微生物更丰富?
发布时间:2017-05-05 10:40   点击率:

导读

植物体中的微生物是影响植物健康、生产力的重要决定因素之一。微生物可以利用低丰度营养物、抑制植物病原菌并提高对生物/非生物胁迫的抗性等。然而,我们对于存在于不同植物微环境中的菌群结构组成以及植物体地上、地下部分中微生物之间的关系缺乏足够的了解。本文研究了植物不同生态位中微生物的分化和结构情况等。


材料与方法
收集田间生长的15棵杨树的根际土壤和根部组织;另选11棵杨树,分别收集茎、叶组织;共52份样品,各自提取微生物总DNA,进行16S rRNA测序分析,测序平台为Roche 454测序仪。

研究成果
1.  图1展示了杨树根、茎、叶和根际土样本OTU的维恩图,表明4组不同样品既有共有OTUs,也有特有OTUs。但根际土中特有的OTUs比例更高,表明其微生物具有更高的多样性。

 
图1. 各组样品OTU维恩图
 

2.  α多样性分析表明,杨树各部位组织内生菌多样性远低于根际土微生物多样性(图2),但内生菌样品个体间富含的菌群差异程度却要显著高于根际土。

 

图2. 各组样品α多样性分析结果

3.  基于Bray-Curtis距离,进行了β多样性分析。从PCA结果可以看出,杨树茎、叶中所含微生物显著区别于根部样本和根际土样本,而根部样本与根际土样本中的菌群组成也显著不同。尽管茎、叶内生菌组成相似(相似度在40-60%之间),但也并非完全重合(图3a)。聚类分析也支持了这一结果(图3b)。
 
图3. 基于OTU水平的PCA分析和聚类分析

4.  从门水平样品物种组成柱状图中不难看出,变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和厚壁菌门均是各组样品中的优势菌群,但在各组中所占比例各有不同,且存在相对丰度的组间差异。根际土中放线菌门的相对丰度要显著高于其他三组,β变形菌、拟杆菌门的相对丰度显著高于茎、叶样品。但茎叶样品中γ变形菌的相对丰度要显著高于根部样品和根际土样品(图4)。
 
图4. 各样品门水平物种组成柱状图

5.  基于OTU,将植物各个生态位中丰度最高的前10种微生物进行分类树状图的构建(图5)。其中,根际土中top10优势物种分别是放线菌目、伯克氏菌目、节细菌、Chitinophagaceae、芽孢杆菌目、微小病毒等;根部样品中丰度最高的物种依次是根瘤菌、贪嗜菌、新鞘脂菌和Niastella等。TM7在茎叶组织中显著富集,而根瘤菌在茎叶组织中却显著降低。
 
图5. 与植物生态位有关的优势菌群

6.  为进一步筛选出杨树不同生态位的OTU,文中用物种指示分析来寻找OTU和植物生态位之间的相关性,分别从根际土、根、茎、叶中筛选出91、18、5、9种指示OTUs。当用群落矩阵进行分析时,分别从根际土、根、茎、叶中筛选出6、2、2、2种指示OTUs(表1)。
 
表1. 指示物种分析
 
研究结论
了解杨树各部位组织与微生物的复杂互作关系,可为植物修复应用、可持续作物生产(生物能源效率)和次生代谢物生产的开发提供依据。

亮点
研究视角独特,关注植物内生菌;
证明植物内生菌多样性较低。