外気中の微生物組成に対する植生の寄与

Contribution of Vegetation to the Microbial Composition of Nearby Outdoor Air.

• Despoina S Lymperopoulou
• Rachel I Adams
• Steven E Lindow

抄録

ラベルされていない:

植物上には多くの場合、多くの場合、植物上に大量の微生物が生息していることから、我々は、植物が空気中の微生物の定量的に重要な局所的な供給源であるという仮説を検証した。細菌の16S RNA遺伝子と真菌の内部転写スペーサー（ITS）領域を定量することで決定された微生物群集の豊富さは、植生の真上で採取された空気中では、風上50mの隣接する非植生地域で同時に採取された空気中では、2～10倍の高さであった。また、風上の空気中の浮遊細菌の組成は風下の空気中の浮遊細菌の組成とは異なっており、植物上の群集と風下の空気中の群集は区別できなかった。対照的に、空気中の真菌類は、真菌類の上衣類よりも互いに類似していた。発生源を追跡するアルゴリズムにより、風下の空気サンプルに含まれる空気中の細菌の最大50％は、おそらく局所的な植物由来のものであることが明らかになった。風下側と風上側の空気中に存在する特定の分類群単位（OTU）の割合の違いを植物上のOTUの割合に回帰させると、細菌と真菌の両方で正の傾きが得られ、植物上に最も多く存在する分類群が風下側の空気により多く寄与していることが示された。菌類は、風下の空気と風上の空気の微生物学的特徴を決定する要因としては、菌類よりも少なかった。植物からの表在性細菌やそれよりも少ない程度には真菌の移動は、このようにして近くの空気の微生物組成に影響を与える可能性があり、外気が侵入することができる建築環境を含む周囲の生態系に重要な意味を持つ知見である。

UNLABELLED: Given that epiphytic microbes are often found in large population sizes on plants, we tested the hypothesis that plants are quantitatively important local sources of airborne microorganisms. The abundance of microbial communities, determined by quantifying bacterial 16S RNA genes and the fungal internal transcribed spacer (ITS) region, in air collected directly above vegetation was 2- to 10-fold higher than that in air collected simultaneously in an adjacent nonvegetated area 50 m upwind. Nonmetric multidimensional scaling revealed that the composition of airborne bacteria in upwind air samples grouped separately from that of downwind air samples, while communities on plants and downwind air could not be distinguished. In contrast, fungal taxa in air samples were more similar to each other than to the fungal epiphytes. A source-tracking algorithm revealed that up to 50% of airborne bacteria in downwind air samples were presumably of local plant origin. The difference in the proportional abundances of a given operational taxonomic unit (OTU) between downwind and upwind air when regressed against the proportional representation of this OTU on the plant yielded a positive slope for both bacteria and fungi, indicating that those taxa that were most abundant on plants proportionally contributed more to downwind air. Epiphytic fungi were less of a determinant of the microbiological distinctiveness of downwind air and upwind air than epiphytic bacteria. Emigration of epiphytic bacteria and, to a lesser extent, fungi, from plants can thus influence the microbial composition of nearby air, a finding that has important implications for surrounding ecosystems, including the built environment into which outdoor air can penetrate.

重要性:

本論文では、これまであまり理解されていなかった、地上部の植物に生息する細菌や真菌類の上衣類が、外気中の空気中の微生物の組成に果たす役割を取り上げた。棘突起菌が大気中の微生物群集に寄与していることは広く知られているが、我々が知っていることの多くは定性的な評価にとどまっている。外気中の微生物の発生源を明らかにすることは、空気中の微生物群集に見られる基本的な生物学的プロセス（例えば、飛散や生物地理的パターン）を知ることができる。さらに、室内環境で見られる微生物群集への外気の貢献度が高いことを考えると、外気中の空気中微生物の発生源としての植物の理解は、室内空気の質の理解に貢献する可能性がある。本研究では、局所的ではない植物が空気中浮遊微生物の組成に寄与する可能性を最小限に抑えるために開発された実験デザインを用いて、植物が空気中浮遊微生物の定量的に重要な局所的な供給源であることを直接的に証明し、周辺の生態系に影響を与えることを示した。

IMPORTANCE: This paper addresses the poorly understood role of bacterial and fungal epiphytes, the inhabitants of the aboveground plant parts, in the composition of airborne microbes in outdoor air. It is widely held that epiphytes contribute to atmospheric microbial assemblages, but much of what we know is limited to qualitative assessments. Elucidating the sources of microbes in outdoor air can inform basic biological processes seen in airborne communities (e.g., dispersal and biogeographical patterns). Furthermore, given the considerable contribution of outdoor air to microbial communities found within indoor environments, the understanding of plants as sources of airborne microbes in outdoor air might contribute to our understanding of indoor air quality. With an experimental design developed to minimize the likelihood of other-than-local plant sources contributing to the composition of airborne microbes, we provide direct evidence that plants are quantitatively important local sources of airborne microorganisms, with implications for the surrounding ecosystems.

Copyright © 2016 Lymperopoulou et al.