미생물 다양성 연구에 전장 앰플리콘 시퀀싱 적용

미생물 생태학

농업 강화는 미생물 네트워크의 복잡성과 뿌리의 핵심 분류군의 풍부함을 감소시킵니다.

전체 길이 앰플리콘 시퀀싱(ITS) |팩바이오 하이파이

하이라이트

A농업 집약화는 영양분 이용 효율 저하, 지하수 부영양화, 토양 질 저하 등 부정적인 환경 영향으로 인해 점점 문제가 되고 있습니다. 피해를 줄이기 위해 무경운 및 유기농법을 포함한 대체 농업 시스템이 널리 채택되었습니다.미생물 공동체는 농업생태계의 생산성과 지속가능성에 없어서는 안 될 역할을 합니다.그러나 다양한 농업 시스템이 뿌리 미생물군에 어떻게 영향을 미치는지는 불분명합니다.

실험적 설계

실험

S오일 및 뿌리(DNA) 샘플은 60개 농업 농지(각각 20개)의 밀밭에서 채취되었습니다.
G루핑(rouping): 1. 협약(경작 포함);2. 협약(무경운)3. 유기농 농지
S시퀀싱 전략: 전체 길이 앰플리콘 시퀀싱(ITS)
P라이머: ITS1F-ITS4(전체 ITS 영역 ~630bp를 대상으로 함)
S시퀀싱 플랫폼: PacBio RS II

생물정보학 분석

결과

On 사이트당 평균 357개의 OTU가 식별되었으며 전체 60개 사이트에서 총 837개의 OTU가 식별되었습니다.뿌리균류군집의 알파다양성은 세 농법 간에 큰 차이를 보이지 않았다.그러나 베타 다양성 분석에서 세 가지 뚜렷한 클러스터가 형성되었으며 이는 농업 시스템이 뿌리 곰팡이 군집 구조에 미치는 강력한 영향을 나타냅니다.

그림 1. 뿌리 곰팡이 군집에 대한 알파 다양성(섀넌 지수 및 군집 구성) 및 베타 다양성 분석(주 좌표의 표준 분석)

Ten 핵심 분류군은 세 가지 농업 시스템에 걸친 곰팡이 공동체의 전체 네트워크를 기반으로 정의되었습니다. 가장 높은 수준, 가장 높은 근접성 중심성 및 가장 낮은 간 중심성을 가진 상위 10개 노드가 선택되었습니다.그 중 7개는 균근목에 속했습니다.

그림 2. 세 가지 농업 시스템의 뿌리 곰팡이 군집에 대한 전체 네트워크

F무장 시스템 특정 네트워크는 무경운 네트워크와 기존 네트워크보다 두 배 더 많은 에지와 더 많은 연결된 노드를 갖춘 유기 네트워크에서 상당히 높은 연결성을 나타냈습니다.더욱이 유기농업 네트워크는 다른 네트워크에 비해 훨씬 더 많은 종석 분류군(다이아몬드)을 보유하고 있어 복잡성과 연결성을 뒷받침합니다.

그림 3. 농업 시스템별 뿌리 곰팡이 네트워크

A농업 강도와 뿌리 곰팡이 네트워크 연결성 사이의 강한 부정적인 연관성이 관찰되었습니다.무작위 산림 분석을 통해 토양 인, 용적 밀도, pH 및 균근 군체 형성과 같은 핵심 분류군의 주요 동인이 밝혀졌습니다.

그림 4. 세 가지 농업 시스템(A 및 B)에 걸친 농업 강도 및 네트워크 연결성랜덤포레스트 분석(C) 및 농업집약도와 AMF 집락화의 관계(D)

기술

전체 길이 앰플리콘 시퀀싱

A'3세대 시퀀싱'이 무대에 오르면서 대상 지역의 한계와 de novo 어셈블리의 문제가 극복되었습니다.Pacific Bioscience(PacBio)는 서열 판독을 수십 킬로베이스까지 성공적으로 확장하여 박테리아에서 16s rRNA(1,000bp~1,500bp) 또는 18S rRNA(1,500bp~2,000bp) 및 ITS의 전체 길이 판독을 얻을 수 있습니다. 진핵생물의 영역(400bp-900bp).유전 분야에 대한 시야가 넓어지면서 종 주석 및 기능 유전자의 분해능이 크게 향상되었습니다.기본 정확도에 대해 오랫동안 우려했던 문제는 99% 이상의 판독 정확도로 HIFI 판독을 생성하는 PacBio CCS 자체 교정을 통해 해결되었습니다.