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根结线虫侵染对植物根际和根内生细菌群落结构、演替和功能的影响

花匠小妙招
2024-11-07 12:59

摘要

根结线虫是一种重要的作物病虫害,是当前农作物可持续生产的主要限制因子之一。近年来研究表明,植物病害的发生、发展与其紧密相关微生物的组成、构成特征和多样性存在很大的相关性。因此,研究根结线虫侵染过程中植物根际和根内生微生物的种类、组成及其与根结线虫的相互关系对开发新的生防资源和生物防治策略具有重要的理论和实践意义。在先前工作的基础上,本论文首先通过高通量测序技术研究了根结线虫侵染的不同植物根际和根内生细菌群落结构和多样性特征,揭示与根结线虫侵染相关的菌群。结果表明,健康与根结线虫侵染的不同植物类型根内生菌菌群结构组成基本相似,多样性差异不显著,线虫侵染对根内生菌的影响主要表现在细菌种群的丰富度差异上。与健康植物样品相比,感染线虫样品中Burkholderiales、Sphingobacteriales、Pseudomonadales丰富都更高。在感染线虫植物中,根结与除去根结部位的内生菌菌群结构组成与丰度相似,但是优势种群Sphingobacteriales在根结部位的丰度相对较高。Beta多样性分析结果表明植物种类对植物内生菌和根际细菌群体结构和多样性具有主导性的影响,而线虫侵染对植物的菌群丰度有所改变,但在聚类分析中没有观察到患病植物样品与健康样品有明显的分离倾向。通过对比分析根结线虫侵染的番茄不同时期根内生菌和根际细菌种群结构组成和多样性的变化规律发现,非根结的根(TR)的优势菌群包括Rhizobiales、Burkholderiales、Streptomycetales、Micrococcales 和 Bacillales 等,而根结(TRK)优势细菌主要由 Rhizobiales、Burkholderiales、StreptomycetaIes、Micrococcales、Enterobacteriales等种群组成。土壤样品的菌群多样性显著高于根结和无(非)根结根样品,而根结与无(非)根结根样品无明显差异。不同时期根结样品中,细菌优势种群明显不同,说明线虫侵染对植物内生菌菌群的组成和多样性有明显影响,并且随侵染程度的不同而变化。Beta多样性分析表明,不同取样时期的根结线虫侵染的番茄样本的根际细菌结构组成具有相似性,变化较小,而不同时期根内生细菌结构组成具有显著的差异。在解析线虫侵染以及侵染过程中植物微生物组菌群结构和多变化的基础上,通过宏基因组测序对感染线虫的番茄根结(IRG)、非根结病根(IRH)和根际土壤(IRS)微生物组进行功能分析。在三个宏基因组样品IRG、IRH和IRS中分别注释到77.63%、40.07%、31.07%的已知功能蛋白,其中代谢作用的功能蛋白占比高。分析结果表明植物微生物中有丰富的与碳水化合物、蛋白质、辅酶、维生素等物质代谢相关功能基因。进一步对植物细菌定殖特性和植物相关益生特性的功能分析表明,IRS、IRG、IRH均注释到了细胞壁降解有关的酶,其中根结中含有的与细胞壁降解有关的酶种类最多,其次是根际土壤细菌,这点为之前的假设提供了依据,即线虫侵染植物过程中某些菌可能会分泌纤维素酶帮助线虫形成侵染组织-根结。除此之外,KEGG代谢途径分析也在三个微生物组中发现丰富的与氮素代谢相关的功能基因,样品IRH没有直接利用色氨酸合成IAA的途径以及2-3条不完整的IAA合成途径,样品IRG和IRS至少2条直接利用色氨酸合成IAA的途径。展开▼