酸性鉱山排水汚染土壌における植物の根系における細菌群集のリクルートは、酸性鉱山排水汚染によって変化した

The recruitment of bacterial communities by the plant root system changed by acid mine drainage pollution in soils.

• Yang Li
• Liang Yuan
• Sheng Xue
• Bingjun Liu
• Gang Jin

抄録

耐性植物の酸性鉱山排水（AMD）ストレスに対する応答と根に関連する細菌群集の変化との関係をよりよく理解すること。本研究では、AMD汚染土壌と汚染されていない土壌にヨシの茎を植え、ハイスループットシーケンシングを行い、土壌、根圏、根圏、根底圏、内圏の細菌群集の組成を分析した。その結果、AMD汚染が根に関連する細菌群集に及ぼす影響は、根圏細菌群集よりも大きいことが明らかになった。また、プロテオバクテリアは根粒コンパートメント間で優占していた。汚染されていない処理区では、アルファプロテオバクテリアとベータプロテオバクテリアに富み、根面から内層に至るまでのガンマプロテオバクテリアが減少していた。しかし、AMD汚染処理ではその傾向は逆で、ガンマプロテオバクテリアが濃縮され、アルファプロテオバクテリアとデルタプロテオバクテリアがほとんど枯渇していた。また、エンドフィルス菌は、未汚染土壌ではコマモナス科とリュウゼツラン科、AMD汚染土壌ではエンテロバクテリア科が優占していた。PICRUStの結果、AMD汚染土壌では、膜輸送、代謝、細胞内プロセス、シグナル伝達プロセスに関連する機能カテゴリーが過剰に存在することが明らかになった。結論として、本研究では、2つの土壌における根粒コンパートメントをコロニー化する細菌群集の有意な変動を明らかにし、植物がAMD汚染に応答して機能的な細菌を根にリクルートできることを示した。

To better understand the relationship between the response to acid mine drainage (AMD) stress of tolerant plants and changes in root-related bacterial communities. In this study, reed stems were planted in AMD-polluted and unpolluted soils, and high-throughput sequencing was conducted to analyze the bacterial community composition in the soil, rhizosphere, rhizoplane and endosphere. The results showed that the effect of AMD pollution on root-associated bacterial communities was greater than that of rhizo-compartments. Proteobacteria were dominant across the rhizo-compartments between treatments. The microbiomes of unpolluted treatments were enriched by Alphaproteobacteria and Betaproteobacteria and depleted in Gammaproteobacteria ranging from the rhizoplane into the endosphere. However, the trend was opposite in the AMD pollution treatment, namely, Gammaproteobacteria were enriched, and Alphaproteobacteria and Deltaproteobacteria were mostly depleted. In addition, endophytic microbiomes were dominated by Comamonadaceae and Rhodocyclaceae in the unpolluted treatment and by Enterobacteriaceae in the AMD-polluted soils. PICRUSt showed that functional categories associated with membrane transport, metabolism and cellular processes and signaling processes were overrepresented in the endosphere of the AMD-polluted treatment. In conclusion, our study reveals significant variation in bacterial communities colonizing rhizo-compartments in two soils, indicating that plants can recruit functional bacteria to the roots in response to AMD pollution.

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