在不同农业管理模式下了解丛枝菌根真菌(AMF)的生物多样性和组成,可能对可持续强化柳枝稷作为生物能源作物的种植具有重要意义。本文利用PacBio单分子测序和扩增子序列变异(ASV)水平的分类分辨率,评估了氮施肥对柳枝稷AMF的影响,并探索了三个不同生产力位点AMF和柳枝稷产量之间的关系。结果表明AMF多样性与柳枝稷产量不相关,但AMF家族丰富度与柳枝稷产量之间存在较强的正相关关系;本研究的每个位点均存在Paraglomus brasilianum独特的ASV,表明Paraglomus brasilianum在种内水平存在区域隔离;此外研究发现Pervetustaceae可能有利于柳枝稷在压力环境中生存。 
文献:Community Structure of Arbuscular Mycorrhizal Fungi in Soils ofSwitchgrass Harvested for Bioenergy
期刊:Applied AND Environmental Microbiology

原文链接:https://doi.org/10.1128/aem.00880-20

材料方法

实验材料:柳枝稷的三个不同的生产地点,每个地点2种处理方式:不施加氮元素(N-)和施加粒状硝酸铵(N+),每个处理4个重复。
实验方法:AMF特异引物(wSSUmCf 与wLSUmBr ),Pacbio Sequel 平台测序
分析方法:Pacbio CCS(minPasses>5, minimum predicted accuracy>0.9) +DADA2

研究结果

1.ASVs的分类与系统发育
测序共产生190,700条高质量、非嵌合体ccs序列,聚类产生436个 ASVs,通过稀释性曲线趋于平缓表明AMF多样性的采样完整。基于UNITE数据的注释结果,436个ASVs分布在球囊菌门(Glomeromycotina)的4个亚门中,共注释得到7个科,13个及21个种。基于三元相图表明一些高丰度的ASVs在不同实验单元中一致存在,暗示了柳枝稷中核心微生物组中的存在。本研究中也发现的一些ASVs可能是未被描述的AMF谱系,基于ASVs的系统发育分析表明,我们在Pervetustaceae 中发现了7个ASVs,这些ASVs在汉考克地区的沙质土壤中最为普遍,这表明它们可能在限水或营养不良的条件下对柳枝稷具有一定的胁迫耐受性。

 

 
2.氮素补充对柳枝稷产量及土壤变量的影响
在莱茵兰德试验区,与对照试验区相比,施氮提高了柳枝稷的产量,但是在其他2个地区中没有发现显著差异;

全磷、全氮、C:N比值、AMF的系统发育指数、物种丰富度和科水平物种丰富度在不同地点均有显著差异。置换方差分析(PERMANOVA)结果表明,N处理对ASV 的UniFrac群落差异无显著影响;而群落的不相似性与土壤全氮的含量显著相关。

 

3. 土壤变量、柳枝稷产量与AMF群落结构的关系
在包括施氮处理在内的线性混合效应回归模型中,AMF的 ASV多样性指标不能显著预测任何地点的柳枝稷产量。在科水平上,AMF丰富度是俄勒冈地块产量的边际显著预测因子;俄勒冈地区AMF群落中科水平的丰富度越高,柳枝稷产量就越高,表明随着AMF家族的丰富,柳枝稷可能由于AMF功能互补而受益于更大的多样性。

总结

通过对在威斯康星州柳枝稷的三个生产地点AMF的研究,发现施氮量对柳枝稷AMF的组成和多样性没有一致的影响。此外,本研究中阐明的ASV在理论上代表了柳枝稷土壤中存在的精确、活的基因型。在对AMF物种划分和种内功能多样性缺乏分类共识的情况下,ASVs可作为一致的序列标识,为未来寻求AMF功能和生物地理学的研究以及区域适应AMF接种的生物勘探提供参考。

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