MICROBIËLE ECOLOGIE
Intensivering van de landbouw vermindert de complexiteit van het microbiële netwerk en de overvloed aan keystone-taxa in de wortels
Amplicon-sequencing (ITS) over de volledige lengte |PacBio HIFI
Hoogtepunten
ADe intensivering van de landbouw is steeds problematischer geworden vanwege de nadelige gevolgen voor het milieu, waaronder een slechte efficiëntie van het nutriëntengebruik, eutrofiëring van het grondwater, verslechtering van de bodemkwaliteit, enz. Alternatieve landbouwsystemen, waaronder no-till en biologische landbouw, zijn op grote schaal toegepast om de schade te verminderen.De microbiële gemeenschap speelt een onmisbare rol in de productiviteit en duurzaamheid van het agro-ecosysteem.Het is echter nogal onduidelijk hoe verschillende landbouwsystemen de wortelmicrobiota beïnvloeden.
Experimenteel ontwerp
Experimenten
Solie- en wortel(DNA)-monsters waren afkomstig van tarwevelden van 60 landbouwgronden (elk 20)
Grouping: 1. Convention (met grondbewerking);2. Conventie (geen grondbewerking);3. Biologische landbouwgrond
Sequencing-strategie: ampliconsequencing over de volledige lengte (ITS)
Primers: ITS1F-ITS4 (gericht op de gehele ITS-regio ~630 bp)
SEquencing-platform: PacBio RS II
Bioinformatische analyse
Resultaten
OEr werden gemiddeld 357 OTU's per locatie geïdentificeerd en in totaal 837 OTU's van alle 60 locaties.De alfadiversiteit van wortelschimmelgemeenschappen vertoonde geen significant verschil tussen de drie landbouwsystemen.Er werden echter drie verschillende clusters gevormd in de bèta-diversiteitsanalyse, wat wijst op een sterke invloed van het landbouwsysteem op de gemeenschapsstructuur van wortelschimmels.
Figuur 1. Alfa-diversiteit (Shannon-index en gemeenschapssamenstelling) en bèta-diversiteitsanalyse (canonieke analyse van hoofdcoördinaten) op wortelschimmelgemeenschappen
Ten keystone taxa werden gedefinieerd op basis van een algemeen netwerk van schimmelgemeenschappen in drie landbouwsystemen: de top 10 knooppunten met de hoogste graad, de hoogste nabijheidscentraliteit en de laagste tussenliggende centraliteit werden geselecteerd.Zeven van hen behoorden tot de mycorrhiza-orden.
Figuur 2. Algemeen netwerk van wortelschimmelgemeenschappen van drie landbouwsystemen
Fbewapeningssysteemspecifieke netwerken wezen op een aanzienlijk hogere connectiviteit in een organisch netwerk met tweemaal meer randen en meer verbonden knooppunten dan no-til en conventionele netwerken.Bovendien herbergde het biologische landbouwnetwerk veel meer keystone-taxa(diamanten) vergeleken met de rest, wat de complexiteit en connectiviteit ervan ondersteunde.
Figuur 3. Landbouwsysteemspecifieke wortelschimmelnetwerken
AEr werd een sterke negatieve associatie waargenomen tussen de landbouwintensiteit en de netwerkconnectiviteit van wortelschimmels.Willekeurige bosanalyse onthulde de belangrijkste oorzaken van keystone-taxa: bodemfosfor, bulkdichtheid, pH en mycorrhiza-kolonisatie.
Figuur 4. Landbouwintensiteit en netwerkconnectiviteit tussen drie landbouwsystemen (A en B);Willekeurige bosanalyse (C) en relatie tussen landbouwintensiteit en AMF-kolonisatie (D)
Technologie
Amplicon-sequencing over de volledige lengte
ANu ‘Third Generation Sequencing’ op het podium verschijnt, zijn de beperkingen in de beoogde regio’s en de problemen bij de novo-assemblage overwonnen.Pacific Bioscience (PacBio) heeft met succes het lezen van sequenties uitgebreid tot tientallen kilobasen, waardoor we volledige metingen kunnen verkrijgen van 16s rRNA (1.000 bp-1.500 bp) in bacteriën of 18S rRNA (1.500 bp-2.000 bp) en ITS regio's (400 bp-900 bp) in eukaryoten.Het bredere zicht op het genetische veld verbeterde de resolutie van soortannotaties en functionele genen aanzienlijk.Het lang bezorgde probleem met betrekking tot de basisnauwkeurigheid is opgelost door PacBio CCS-zelfcorrectie, die HIFI-metingen genereert met een leesnauwkeurigheid van meer dan 99%.
Prestaties in OTU-annotatie
TDoor de voordelen van zowel lange leesbewerkingen als hoge doorvoer, kan de nauwkeurigheid van annotaties dramatisch worden verhoogd en kan een resolutie op ‘soortniveau’ worden bereikt bij microbiële identificatie.
Referentie
Banerjee, Samiran, et al.“De intensivering van de landbouw vermindert de complexiteit van microbiële netwerken en de overvloed aan keystone-taxa in de wortels.”Het ISME-tijdschrift (2019).
Technologie en hoogtepunten heeft tot doel de meest recente succesvolle toepassing van verschillende high-throughput sequencing-technologieën in verschillende onderzoeksarena's te delen, evenals briljante ideeën op het gebied van experimenteel ontwerp en datamining.
Posttijd: 08-jan-2022