4つのマメ科と3つのグラミン科の飼料の種子常駐マイクロバイオームの違いと重複

The differences and overlaps in the seed-resident microbiome of four Leguminous and three Gramineous forages.

• Ya Dai
• Xin-Yu Li
• Yan Wang
• Cai-Xia Li
• Yuan He
• Hong-Hui Lin
• Tao Wang
• Xin-Rong Ma

抄録

種子由来のエンドファイトが植物宿主に果たす重要な役割を考えると、種子の細菌・真菌群集の包括的な研究は非常に重要である。本研究では、3 種類の穀類（Avena sativa、Elymus sibiricus、Elymus dahuricus）と 4 種類のマメ科飼料（Vicia villosa、Trifolium repens、Trifolium pretense、Medicago sativa）の種子内葉緑素をハイスループットシークエンシングを用いて評価した。その結果、1013個の異なる細菌操作分類単位（OTU）と922個の真菌OTUが検出され、1サンプルあたりの細菌数は240～425個、真菌数は261～463個であった。これらの7つの飼料は、Bacillus、Pantoea、Candida、Helotialesを含む多くの潜在的に有益な分類群を共有していたが、これらの分類群の相対的な割合は各種子で異なっていた。真菌群集は、細菌よりも宿主の遺伝子型によって、より明確にクラスタリングされていた。細菌類の中には、同属からの属のリクルートに関与しているものもあるかもしれない。種子から分離された3つのPantoea sp.と5つのBacillus sp.は、塩ストレス下でのMedicago sativaの発芽率にプラスの効果を示し、これらのうちBacillus subtilis Es-1とPantoea agglomerans Ed-3が最も優れていたが、それらの影響は種子のマイクロバイオームに影響された。単に宿主植物の成長を直接促進するだけではなく、いくつかの分類群は、生物学的要因に対する種子の応答に影響を与える植物マイクロバイオームの集合体の組織化にも関与している可能性がある。本研究では、有益な菌株を同定し、微生物と植物の間の相互作用を分析するために、ハイスループットシーケンシングに基づいた新しい戦略を用いて、長期的な農業実践において微生物の機能を最大限に発揮させる。

Given the important roles that seed-borne endophytes can play on their plant hosts, comprehensive studies of the bacterial and fungal communities of seeds are of great importance. In this study, we assessed the seed endophytes of three gramineous (Avena sativa, Elymus sibiricus and Elymus dahuricus) and four leguminous (Vicia villosa, Trifolium repens, Trifolium pretense and Medicago sativa) forages using high-throughput sequencing. In total, 1013 distinct bacterial operational taxonomic units (OTUs) and 922 fungal OTUs were detected, with bacteria and fungi per sample ranging from 240 to 425 and 261 to 463 respectively. These seven forages shared a high number of potentially beneficial taxa, including Bacillus, Pantoea, Candida and Helotiales, but the relative proportion of these taxa was different in each seed. Fungal communities were clustered more distinctively by host genotypes than bacterial. Some bacterial taxa may be involved in the recruitment of genera from the same phylum. Three Pantoea sp. and five Bacillus sp. were isolated from seeds, and all showed positive effects on Medicago sativa germination rate under salt stress, and of these, Bacillus subtilis Es-1 and Pantoea agglomerans Ed-3 performed best, but their influence was affected by the seed's microbiome. Rather than simply promoting host plant growth directly, some taxa may also participate in organizing the assembly of plant microbiomes which will influence seed response to biological factors. This study uses a new, high-throughput sequencing based strategy to identify beneficial strains and analyse the interactions between microorganisms and plants to maximize microbial functions in long-term agricultural practices.

© 2020 The Authors. Microbial Biotechnology published by Society for Applied Microbiology and John Wiley & Sons Ltd.