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广西药用植物园缪剑华团队揭示三七根际微生物的结构和功能

发布时间:2021年07月19日


北京时间2021年6月9日,微生物学国际期刊《 Frontiers in Microbiology 》(IF=4.235)在线发表了广西药用植物园缪剑华研究员团队、董扬研究员团队和江苏大学奎玲教授团队共同合作的题为“ A Comparative Analysis on the Structure and Function of the   Panax notoginseng Rhizosphere Microbiome ”的研究论文。

三七根际微生物菌群的失衡正是引发三七连作障碍的主要因素,严重影响了三七资源的可持续利用。该研究基于宏基因组测序 ,获得了三七根际微生物的结构和功能,是目前已发表的较系统的三七根际微生物的研究文章。

研究广西百色、云南文山采集1-5株 龄的三七根际和相关的散装土壤样本,并进行宏基因组测序。测序产生103.6Gb的数据得到1.64亿单基因    。  

三七根际微生物的优势群落为原核类群。三七原核类群中主要有变形杆菌(34.5%)、酸杆菌(28.6%)、放线杆菌(10.5%)、金霉素单胞菌(5.3%)和疣状杆菌(4.2%),这些基因合起来约占原核基因的83.1%。三七真菌类群主要与子囊菌门(57.8%)、粘色菌门(22.1%)和担子菌门(17.8%)相关,它们共同占真菌基因的97.7%。随后 ,对三七根际微生物的多样性进行评估。(1基于香农指数α-多样性表明,百色林下种植、百色大田种植、文山林下种植、文山大田种植的三七根际微生物之间较,百色大田的真菌类群表现出更高的α -多样性。(2)基于主坐标(    PCoA    )分析的β-多样性表明,种植模式是形成微生物群落差异的第二大来源。(3)根据三七根际微生物属的相对丰度分析,共有902 个原核属和251个真菌属在林下种植中根际微生物富集,而1087个原核属和27个真菌属在大田种植中根际微生物富集。本文对核心属进行了定义,在所有样品中的含量超过75%,且富含相对丰度的微生物属。在林下种植根际中发现约875个原核属和203个真菌属为核心属,在农田种植根际中发现1051个原核属和17个真菌属为核心属。  

 

图1 三七根际微生物的分类概况  

根据不同种植模式三七根际核心微生物特征分析,林下种植的抗病原核类群比农田种植的多。共鉴定了21个潜在的促植物生长根际微生物属,其中8个属与氮循环有关,10属为植物生长调节剂,10属为生物防治剂。这些根际微生物属的总相对丰度在林下种植高于田间种植。与上述分析一致,加权基因共表达网络分析微生物组间的相关性,种植方式是影响种植业发展的主要因素,第二是地理位置。本文进一步对不同种植模式的三七根际微生物的核心功能,超过35%的单基因(测序得到的1.64亿个单基因)通过比对KEGG数据库,共注释了16396个功能通路,这些通路主要与41个KEGG(2级)通路有关。进行功能通路的相对丰度分析,林下种植中,寄主-微生物和微生物-微生物的相互作用比在大田种植模式中更为密切。  

图2 不同 种植模式的三七根际微生物功能通路的相对丰度

本论文通过多学科交叉互补合作,利用根系及根际研究前沿技术,首次开展了三七在不同种植模式下的微生物结构和功能的研究,为研究三七等人参属植物与根际微生物互作,栽培和育种提供了新的思路。


1.文章原文链接:https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.673512

2.药用植物前沿链接:https://mp.weixin.qq.com/s/HicA-UOTH_CCwpflGOQnLg

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