メタバーコーディングと培養に依存したアプローチによるトマトの無菌培養温室内の水微生物群集の研究

Water Microbiota in Greenhouses With Soilless Cultures of Tomato by Metabarcoding and Culture-Dependent Approaches.

• Adeline Picot
• José F Cobo-Díaz
• Audrey Pawtowski
• Christelle Donot
• Fabienne Legrand
• Gaétan Le Floch
• Franck Déniel

抄録

水耕栽培ハウスでの水の供給は、地下水、地表水、またはオープンタンクに貯蔵された雨水に由来する可能性がある。給水の汚染を制限するために、養液をゆっくりとフィルターに通す緩速ろ過技術などの能動的、受動的な方法を含むいくつかの方法が使用されてきた。本研究の目的は、温室に入る前にサンプリングした水と、生物ろ過システムを通過させる前または通過後の栄養溶液を再循環させた水に関連する微生物群を記述することであった。メタコーディング解析の結果、水の生態系は多様な細菌・真菌群集のためのユニークなニッチであることが明らかになった。微生物の組成は、貯留条件（地下水と雨水）や温室間で大きく異なっており、水の微生物相は場所や貯留条件に固有のものであることが示唆された。それにもかかわらず、開放貯留水（地下水または雨水）の微生物群集構造は、地下から直接汲み上げた水よりも高い類似性を持っていることが明らかになった。開放貯留水では、好気性ケモヘテロトロフィーに関与する微生物が優勢であることが明らかになった。地面から直接採取した水は、真菌と細菌の濃度が最も低いレベルであったが、細菌の均等性とNサイクルに関与する分類群の濃縮度が有意に高いことも特徴であった。ゆっくりとしたろ過により、微生物相の豊富さと多様性を損なうことなく、培養に依存した結果に基づいて、栽培可能な細菌の負荷を低減することができた。このような分類群が他の分類群を犠牲にして有利になる正確なメカニズムは不明のままであった。本研究では、水中の微生物群集を分類学的にも機能的にも正確に記述することができたことに加えて、様々な貯留システムと生物ろ過後の水中微生物群集を比較することが可能となった。本研究の結果は予備的なものではあるが、生態系の機能性を向上させることができる潜在的な微生物の多様性についての最初の洞察を提供するものである。

Water supply, in hydroponic greenhouses, can originate from groundwater, surface water or rainwater stored in open tanks. To limit contamination of water supply, several methods have been used including active and passive methods such as slow filtration techniques which consist in passing the nutrient solutions slowly through filters. The purpose of this study was to describe the microbiota associated with water sampled before entering greenhouses and in recirculating nutrient solutions, either before or after running through a biofiltration system. Metabarcoding analysis revealed that water ecosystems were unique niches for diverse bacterial and fungal communities. Microbial composition varied greatly across storage conditions (groundwater vs. rainwater) and among greenhouses, suggesting that water microbiota is site- and storage-condition-specific. Nonetheless, we found that microbiota structure in open-stored water (either coming from ground or rain) shared a higher degree of similarity than with water directly pumped out of the ground. Open-stored waters were characterized by predominant taxa, notably those involved in aerobic chemoheterotrophy, such as the and families. Water directly collected from the ground showed the lowest levels of fungal and bacterial richness while also characterized by a significantly higher level of bacterial equitability and an enrichment in taxa involved in N-cycling. Slow filtration allowed reducing cultivable bacterial loads as well spp. and propagules, based on culture-dependent results, without compromising microbiota richness and diversity. Although compositional structure was similar following biofiltration, significant differences in bacterial (but not fungal) taxa abundance were reported, with primarily an enrichment of , , and as well as a depletion of , , and . The exact mechanisms by which such taxa would be favored at the expense of other remained unknown. Besides the accurate description of microbiota found in water at both taxonomical and predicted functional levels, our study allowed comparing the water microbiota between various storage system and following biofiltration. Although preliminary, our results provide a first insight into the potential microbial diversity, which can increase ecosystem functionality.

Copyright © 2020 Picot, Cobo-Díaz, Pawtowski, Donot, Legrand, Le Floch and Déniel.