ECOLOGIE MICROBIANĂ
Intensificarea agriculturii reduce complexitatea rețelei microbiene și abundența taxonilor cheie în rădăcini
Secvențierea ampliconilor de lungime completă (ITS) |PacBio HIFI
Repere
Aintensificarea agriculturii a devenit din ce în ce mai problematică din cauza efectelor sale negative asupra mediului, inclusiv eficiența slabă a utilizării nutrienților, eutrofierea apelor subterane, degradarea calității solului etc. Au fost adoptate pe scară largă sistemele alternative de agricultură, inclusiv cultivarea fără cultivare și agricultura ecologică.Comunitatea microbiană joacă un rol indispensabil în productivitatea și durabilitatea agroecosistemului.Cu toate acestea, este destul de neclar modul în care diferitele sisteme agricole afectează microbiota rădăcinilor.
Design experimental
Experimente
SProbele de ulei și rădăcină (ADN) au fost din câmpuri de grâu din 60 de terenuri agricole (20 fiecare)
Grouping: 1. Conventie (cu lucrare a solului);2. Conventie (fara teren);3. Terenuri agricole ecologice
Sstrategie de ecvențiere: secvențierea ampliconilor de lungime completă (ITS)
Primers: ITS1F-ITS4 (vizează întreaga regiune ITS ~630 bp)
Splatformă de ecvențiere: PacBio RS II
Analiza Bioinformatică
Rezultate
OÎn medie, au fost identificate 357 OTU-uri pentru fiecare sit și un total de 837 OTU-uri din toate cele 60 de site-uri.Diversitatea alfa a comunităților de ciuperci rădăcinoase nu a arătat diferențe semnificative între trei sisteme de agricultură.Cu toate acestea, trei grupuri distincte s-au format în analiza diversității beta, indicând efectele puternice ale sistemului de agricultură asupra structurii comunității fungice de rădăcină.
Figura 1. Diversitatea alfa (indicele Shannon și compoziția comunității) și analiza diversității beta (analiza canonică a coordonatelor principale) pe comunitățile fungice radiculare
TTaxonii cheie au fost definiți pe baza rețelei generale de comunități fungice din trei sisteme agricole: au fost selectate primele 10 noduri cu cel mai înalt grad, cea mai mare centralitate de apropiere și cea mai scăzută centralitate între intermedii.Șapte dintre ele aparțineau ordinelor micorizice.
Figura 2. Rețeaua generală a comunităților de ciuperci rădăcinoase a trei sisteme agricole
Frețelele specifice sistemului de armare au indicat o conectivitate considerabil mai mare în rețeaua organică, cu de două ori mai multe margini și mai multe noduri conectate decât rețeaua fără lucru și convențională.În plus, rețeaua de agricultură ecologică a adăpostit mult mai mulți taxoni cheie (diamant) în comparație cu restul, ceea ce i-a susținut complexitatea și conectivitatea
Figura 3. Rețele fungice rădăcinoase specifice sistemului de agricultură
Aa fost observată o puternică asociere negativă între intensitatea agriculturii și conectivitatea rețelei fungice radiculare.Analiza aleatorie a pădurilor a evidențiat principalii factori ai taxonilor cheie: fosforul din sol, densitatea în vrac, pH-ul și colonizarea micorizică.
Figura 4. Intensitatea agriculturii și conectivitatea rețelei în trei sisteme agricole (A și B);Analiza aleatorie a pădurilor (C) și relația dintre intensitatea agriculturii și colonizarea AMF (D)
Tehnologie
Secvențierea ampliconilor de lungime completă
ALa intrarea pe scenă „Secvențierea a treia generație”, limitările din regiunile vizate și problemele legate de asamblarea de novo au fost depășite.Pacific Bioscience (PacBio) a extins cu succes citirea secvențelor la zeci de kilobaze, ceea ce ne permite să obținem citiri de lungime completă de 16s rARN (1.000 bp-1.500 bp) în bacterii sau 18S rARN (1.500 bp-2.000 bp) și ITS regiuni (400 bp-900 bp) la eucariote.Viziunea extinsă a câmpului genetic a îmbunătățit foarte mult rezoluția adnotării speciilor și a genelor funcționale.Problema îndelungată a acurateței bazei a fost rezolvată de autocorecția PacBio CCS, care generează citiri HIFI cu o precizie de citire de peste 99%.
Performanță în adnotarea OTU
TAvând avantajele atât ale citirilor lungi, cât și ale randamentului ridicat, acuratețea adnotărilor poate fi crescută dramatic și se poate obține o rezoluție „la nivel de specie” în identificarea microbiană.
Referinţă
Banerjee, Samiran și colab.„Intensificarea agriculturii reduce complexitatea rețelei microbiene și abundența taxonilor cheie în rădăcini.”Jurnalul ISME (2019).
Tehnologie și Repere urmărește să împărtășească cele mai recente aplicații de succes a diferitelor tehnologii de secvențiere de mare debit în diverse domenii de cercetare, precum și idei geniale în designul experimental și extragerea datelor.
Ora postării: 08-ian-2022