姜栽培下的土壤中微生物多样性分析

文摘

姜是一种多年生单子叶植物的草,可以用作蔬菜和药用植物。然而,很容易受到各种植物病原体。土壤中微生物多样性密切相关的健康和生产力包括生姜种植农作物。在当前的研究中,我们比较微生物多样性从土壤样本下姜种植(疾病的发病率> 50%(相对不健康的样本)与疾病的发生率< 10%(相对健康样本))。Illumina-based测序的细菌和真菌类群进行了分析,分别与16 s及其识别。细菌和真菌辣子鸡都比健康更健康的土壤样本的样本。此外,占主导地位的细菌和真菌属在每个样本被发现是不同的。Rhodanobacter和Kaistobacter在健康的样本,占主导地位的细菌属Rhodoplanes和Bradyrhizobium中占主导地位的属不健康的样本。对于真菌分析,枝孢属,隐球菌,Tetracladium健康的主要属样本,而Lecanicillium,Pochonia,红酵母属中占主导地位的属不健康的样本。总的来说,姜土壤中微生物多样性的基本信息可能有助于阐明ginger-microbe交互和选择合适的植物促生长rhizobacteria生姜生产和生物防治剂。

1。介绍

姜(生姜)是一种多年生单子叶植物的草,可以用作蔬菜和药用植物。广泛用于中国,阿育吠陀药物和家庭疗法自古以来对许多疾病包括疼痛、炎症和肠胃功能紊乱(1]。然而,姜受到各种疾病在增长阶段(2- - - - - -5]。这些疾病的发生导致产量明显减少姜。例如,肠杆菌属下水道导致姜根茎腐烂(6),而欧文氏菌chrysanthemi是姜软腐病的因果代理(7]。根腐病疾病、真菌病原体引起的腐霉属myriotylum,据报道毁掉姜在田间种植,当温度范围从26至30°C和土壤饱和水由于连续降雨8]。姜根茎感染尖孢镰刀菌展览黄芽和死几周后9),也是一个毁灭性的采后病储存生姜(10]。

土壤微生物群落中扮演一个重要的角色在营养动员,为植物吸收。他们促进植物生长和抑制疾病的各种活动,如磷酸盐和硫酸盐溶液化,促进植物生长,含铁细胞生产、固氮作用,反硝化作用,免疫调制、信号转导和病原体的控制(11]。本研究的目的是分析和比较下的从土壤中微生物多样性种植生姜发病率较低(健康样本)和高发病率(不健康的示例)。特别,姜土壤微生物总DNA样本被Illumina-based测序纯化和分析。细菌和真菌群落进一步比较和垂直传播细菌和真菌类群研究中阐明。

2。材料和方法

2.1。土壤采样和DNA提取

土壤样本收集从有机姜在永川,重庆,中国(N29°10′57.80′′, E105 50°1.77′′′), 2016年9月。这与50000 m有机农场²种植面积分为100单位的500米²区域。2016年9月,当姜收获,发现每个种植单元之间的发病率不同。为了分析微生物多样性,根际的土壤样本收集的两组(健康组与疾病组)。收集土壤样本的深度大约15厘米,在无菌的塑料袋,并存储在冰箱里,直到DNA提取。在我组,土壤样本取自九ginger-planting单位的发病率低于10%;在第二组中,土壤样本取自九ginger-planting单位的发病率是50%以上。

上述两组土壤样本用于总DNA提取。总DNA提取使用EZNA®土壤DNA工具包(美国ωBio-Tek)根据生产的指令。短暂,约1克土壤样本添加到15毫升离心管与玻璃珠子。总DNA得到裂解过程后,离心,DNA结合列上绑定,洗脱和净化。总DNA浓度和纯度在1%琼脂糖凝胶监控。

2.2。扩增子生成和Illumina公司MiSeq测序

这一对引物515 f (5′-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3′)和907 r (5′-CCGTCAATTCCTTTGAGTTT-3′)被用来放大V4-V5地区16 s rRNA基因的变异度高的区域。引物its5 - 1737 f (5′-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3′)和its2 - 2043 r (5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′)针对真菌核糖体rna基因的ITS1地区采用分析真菌类群(12]。正向和反向引物都标记为适配器,垫,链接器测序。每个条形码序列添加到反向引物测序的多个样品池到一个运行。所有PCR扩增进行之前报道的方法(13]。反应条件如下:最初在98°C变性1分钟,每个周期在98°C 10年代,55°C 30年代,60年代和72°C,最终在72°C扩展了5分钟。混合后的PCR产物一式三份,发现实施2% (w / v)琼脂糖凝胶电泳,然后被AxyPrep凝胶萃取纯化PCR产品工具包(美国Axygen)。量化fluorometrically扩增子从每个反应混合物,规范化,汇集在克分子数相等的比例根据每个扩增子的浓度。测序库生成使用内下一个超™DNA库准备包Illumina公司(新英格兰生物学实验室)遵循制造商的建议,和索引代码添加了。图书馆质量评估量子位^@2.0荧光计(热科学)和安捷伦生物分析仪2100系统(安捷伦科技)。最后,图书馆是测序的Illumina公司MiSeq平台(14,15]。

2.3。数据预处理

所有相同的序列读取标签被分配到相同的样本根据独特的条形码(原始标签)。进一步过滤干净的原始标记,和清洁质量的标签是被Qiime (http://qiime.org/index.html) (16,17]。稀疏分析实现基于MOTHUR包,使用操作分类单位97%(辣子鸡)分组序列相似性(18]。随机序列的数量和相应的辣子鸡抽泣多样性指数被作为变量。

3所示。结果与讨论

土壤提供了无数的各种各样的隐居生物不同的大小、生理活动,行为,和生态系统功能19]。土壤中微生物的多样性的程度是至关重要的健康的维护和质量的土壤和植物,作为一个广泛的微生物参与重要的土壤功能(20.]。最近,有一些研究报告姜疾病(14,15,21,22]。然而,我们所知,报告对土壤微生物在姜领域是有限的。在目前的研究中,我们比较了从土壤微生物多样性的样本ginger-planting字段(姜发病率较低(健康样本)与姜高发病率[不良样品])。本研究的数据表明,细菌和真菌辣子鸡都比健康更健康的土壤样本中(表样例1)。这些结果与之前的研究土壤微生物多样性种植马铃薯(23)和玉米(24]。

更特别,占主导地位的细菌和真菌属在每个样本被发现是不同的。Rhodanobacter和Kaistobacter在健康的样本,占主导地位的细菌属Rhodoplanes和Bradyrhizobium是主导属不健康的示例(图1)。Rhodanobacter spathiphyllisp。11月从γproteobacterium孤立隔绝的根源Spathiphyllum植物和显示生物防除活动对根腐病植物病原体Cylindrocladium spathiphylli(25]。对于真菌分析,隐球菌,枝孢属,Tetracladium健康的主要属样本,而Lecanicillium,Pochonia,红酵母属是主导属不健康的示例(图2)。隐球菌属被报道与潜在促进植物生长特征(26),而Lecanicillium fungicola是一种因果代理干泡沫疾病对许多作物(27]。

4所示。结论

当前的知识关于微生物多样性,尤其是细菌和真菌在姜领域,有可能理解microbe-microbe和microbe-ginger交互的复杂生态系统。占主导地位的细菌和真菌在姜属土样(健康样本与不健康)识别有可能探索生物防治剂和病原体。这项研究提供了对土壤健康的维护和可持续农业的生姜产量。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由重庆市教育委员会的科学研究基金(KJZH14216)和重庆林业的关键学科建设。

引用

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