EKOLOGIA MIKROBIOLOGII
Intensyfikacja rolnictwa zmniejsza złożoność sieci drobnoustrojów i liczebność taksonów zwornikowych w korzeniach
Sekwencjonowanie amplikonu pełnej długości (ITS) | PacBio HIFI
Przegląd najważniejszych wydarzeń
Aintensyfikacja rolnictwa staje się coraz bardziej problematyczna ze względu na niekorzystny wpływ na środowisko, w tym słabą efektywność wykorzystania składników odżywczych, eutrofizację wód gruntowych, degradację jakości gleby itp. W celu ograniczenia szkód powszechnie przyjęto alternatywne systemy rolnictwa, w tym rolnictwo bezorkowe i rolnictwo organiczne. Społeczność drobnoustrojów odgrywa niezastąpioną rolę w produktywności i zrównoważonym rozwoju agroekosystemu. Nie jest jednak jasne, w jaki sposób różne systemy upraw wpływają na mikroflorę korzeni.
Projekt eksperymentalny
Eksperymenty
Spróbki oleju i korzeni (DNA) pochodziły z pól pszenicy z 60 pól uprawnych (po 20 na każdym)
Gzgrupowanie: 1. Konwencja (z uprawą roli); 2. Konwencja (bezorkowa); 3. Ekologiczne pola uprawne
Sstrategia sekwencjonowania: sekwencjonowanie amplikonów pełnej długości (ITS)
Primers: ITS1F-ITS4 (ukierunkowany na cały region ITS ~630 pz)
Splatforma sekwencjonująca: PacBio RS II
Analiza bioinformatyczna
Wyniki
On zidentyfikowano średnio 357 OTU na ośrodek i ogółem 837 OTU ze wszystkich 60 ośrodków. Różnorodność alfa zbiorowisk grzybów korzeniowych nie wykazywała znaczących różnic pomiędzy trzema systemami uprawy. Jednakże w analizie różnorodności beta utworzyły się trzy odrębne skupienia, co wskazuje na silny wpływ systemu uprawy na strukturę zbiorowisk grzybów korzeniowych.
Rycina 1. Analiza różnorodności alfa (wskaźnik Shannona i skład zbiorowisk) i analiza różnorodności beta (analiza kanoniczna głównych współrzędnych) zbiorowisk grzybów korzeniowych
Tpl taksony kluczowe zdefiniowano w oparciu o ogólną sieć zbiorowisk grzybów w trzech systemach hodowli: wybrano 10 najlepszych węzłów o najwyższym stopniu, najwyższej bliskości centralności i najniższej odległości pomiędzy. Siedem z nich należało do rzędów mikoryzowych.
Ryc. 2. Ogólna sieć zbiorowisk grzybów korzeniowych trzech systemów upraw
Fsieci specyficzne dla systemu uzbrojenia wykazały znacznie wyższą łączność w sieci organicznej z dwukrotnie większą liczbą krawędzi i większą liczbą połączonych węzłów niż sieć bezuprawna i sieć konwencjonalna. Co więcej, sieć rolnictwa ekologicznego zawierała znacznie więcej taksonów kluczowych (diamentów) w porównaniu z resztą, co potwierdzało jej złożoność i łączność
Rysunek 3. Sieci grzybów korzeniowych specyficzne dla systemu uprawy
Azaobserwowano silny negatywny związek między intensywnością rolnictwa a łącznością sieciową grzybów korzeniowych. Losowa analiza lasów ujawniła główne czynniki wpływające na taksony zwornikowe: fosfor w glebie, gęstość nasypową, pH i kolonizację mikoryzową.
Rysunek 4. Intensywność rolnictwa i łączność sieciowa w trzech systemach rolniczych (A i B); Losowa analiza lasów (C) i związek między intensywnością rolnictwa a kolonizacją AMF (D)
Technologia
Sekwencjonowanie amplikonu pełnej długości
As „Third Generation Sequencing” na scenę, ograniczenia w docelowych regionach i problemy w montażu de novo zostały przezwyciężone. Pacific Bioscience (PacBio) z powodzeniem rozszerzyło odczyt sekwencji do dziesiątek kilozasad, co pozwala nam uzyskać odczyty pełnej długości 16s rRNA (1000 bp-1500 bp) w bakteriach lub 18S rRNA (1500 bp-2000 bp) i ITS regiony (400 bp-900 bp) u eukariotów. Szersze spojrzenie na pole genetyczne znacznie poprawiło rozdzielczość opisów gatunków i genów funkcjonalnych. Długo poruszany problem dotyczący dokładności bazowej został rozwiązany dzięki autokorekcji PacBio CCS, która generuje odczyty HIFI z dokładnością odczytu przekraczającą 99%.
Wydajność w adnotacji OTU
TWykorzystując zalety zarówno długich odczytów, jak i dużej przepustowości, dokładność adnotacji można radykalnie zwiększyć i osiągnąć rozdzielczość „na poziomie gatunku” w identyfikacji drobnoustrojów.
Odniesienie
Banerjee, Samiran i in. „Intensyfikacja rolnictwa zmniejsza złożoność sieci drobnoustrojów i liczebność taksonów kluczowych w korzeniach”. Dziennik ISME (2019).
Technologia i najważniejsze informacje ma na celu podzielenie się najnowszymi pomyślnymi zastosowaniami różnych technologii sekwencjonowania o dużej przepustowości w różnych obszarach badawczych, a także genialnymi pomysłami w projektowaniu eksperymentów i eksploracji danych.
Czas publikacji: 08 stycznia 2022 r