Nhận diện và phân tích cấu trúc cộng đồng cũng như chức năng tiềm năng của vi khuẩn từ các quả thể của Sanghuangporus vaninii

Archiv für Mikrobiologie - Tập 204 - Trang 1-13 - 2022
Yan-Jun Ma1, Wei-Qian Gao1, Xue-Tai Zhu1, Wei-Bao Kong1, Fan Zhang1, Hong-Qin Yang1
1College of Life Sciences, Northwest Normal University, Lanzhou, China

Tóm tắt

Sanghuangporus sp., một loại nấm lớn vừa có giá trị dược liệu vừa có thể ăn được, được biết đến với tên gọi 'vàng rừng', có tác dụng tốt trong việc chống u, giảm lipid và điều trị các bệnh phụ khoa. Tuy nhiên, nguồn tài nguyên tự nhiên của quả thể đang trên bờ vực cạn kiệt do chu kỳ sinh trưởng dài và khai thác quá mức. Sự phát triển và trao đổi chất của nấm lớn được cho là phụ thuộc vào cộng đồng vi khuẩn đa dạng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đặc trưng hóa sự đa dạng và chức năng tiềm năng của vi khuẩn cư trú trong quả thể của S. vaninii, loại nấm được áp dụng rộng rãi nhất, bằng sự kết hợp giữa phương pháp giải trình tự thế hệ tiếp theo và nuôi cấy thuần khiết lần đầu tiên, và kiểm tra các hoạt động sinh học của các chủng vi khuẩn tách biệt, trong đó Illumina NovaSeq đã cung cấp kết quả toàn diện hơn về cấu trúc cộng đồng vi khuẩn. Tổng cộng có 33 ngành, 82 lớp, 195 bộ, 355 họ, 601 chi và 679 loài được xác định trong quả thể, và kết quả của chúng tôi cho thấy cộng đồng này chủ yếu được chiếm bởi Proteobacteria phổ biến, Gammaproteobacteria, Burkholderiales, Methylophilaceae (một phần nhất quán với các phát hiện nuôi cấy thuần khiết), và chi đặc trưng là Methylotenera và Methylomonas (các taxa chưa được nuôi cấy). Đồng thời, phân tích chức năng cho thấy rằng vi khuẩn đồng hành tham gia vào các con đường vận chuyển và trao đổi chất carbohydrate, trao đổi chất terpenoid và polyketide, cũng như sinh tổng hợp màng/tế bào/envelope, v.v. Do đó, có thể suy ra rằng vi khuẩn liên kết với quả thể có khả năng điều chỉnh sự phát triển, sinh trưởng và sản xuất các metabolite hoạt tính của chủ thể S. vaninii kết hợp với kết quả thử nghiệm của axit indole-3-acetic và tổng năng lực chống oxy hóa. Tóm lại, báo cáo này lần đầu tiên cung cấp những phát hiện mới có thể truyền cảm hứng cho các nghiên cứu sâu hơn nhằm khai thác tài nguyên vi sinh vật sinh học hoạt tính để tăng cường sản xuất Sanghuangporus, cũng như khám phá mối quan hệ giữa nấm dược liệu lớn và các vi sinh vật nội sinh liên kết của chúng.

Từ khóa

#Sanghuangporus vaninii #vi khuẩn #quả thể #sinh học #đa dạng sinh học #chức năng tiềm năng #nuôi cấy thuần khiết #phát hiện vi khuẩn.

Tài liệu tham khảo

Ahmad F, Ahmad I, Khan MS (2008) Screening of free-living rhizospheric bacteria for their multiple plant growth promoting activities. Microbiol Res 163:173–181 Antony-Babu S, Deveau A, Van Nostrand JD, Zhou JZ, Tacon FL, Robin C, Frey-Klett P, Uroz S (2013) Black truffle-associated bacterial communities during the development and maturation of Tuber melanosporum ascocarps and putative functional roles. Environ Microbiol 16:2831–2847 Bahram M, Vanderpool D, Pent M, Hiltunen M, Ryberg M (2018) The genome and microbiome of a dikaryotic fungus (Inocybe terrigena, Inocybaceae) revealed by metagenomics. Environ Microbiol Rep 10:155–166 Barbieri E, Ceccaroli P, Saltarelli R, Guidi C, Potenza L, Basaglia M, Fontana F, Baldan E, Casella S, Ryahi O, Zambonelli A, Stocchi V (2010) New evidence for nitrogen fixation within the Italian white truffle Tuber magnatum. Fungal Biol 114:936–942 Bedini S, Bagnoli G, Sbrana C, Leporini C, Tola E, Dunne C, Filippi C, D’andrea F, O’garaNuti FMP (1999) Pseudomonads isolated from within fruit bodies of Tuber borchii are capable of producing biological control or phytostimulatory compounds in pure culture. Symbiosis 26:223–236 Benucci GMN, Bonito GM (2016) The truffle microbiome: species and geography effects on bacteria associated with fruiting bodies of Hypogeous Pezizales. Microbiol Ecol 72:4–8 Bolger AM, Lohse M, Usadel B (2014) Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics 30:2114–2120 Callahan BJ, McMurdie PJ, Rosen MJ, Han AW, Johnson AJA, Holmes SP (2016) DADA2: High resolution sample inference from Illumina amplicon data. Nat Methods 13:581–583 Chen H, Hai HB, Wang H, Wang Q, Chen MJ, Feng ZY, Ye M, Zhang JJ (2018) Hydrogen-rich water mediates redox regulation of the antioxidant system, mycelial regeneration and fruiting body development in Hypsizygus marmoreus. Fungal Biol 122:310–321 Chen J, Li JM, Tang YJ, Xing YM, Qiao P, Li Y, Liu PG, Guo SX (2019) Chinese black truffle-associated bacterial communities of Tuber indicum from different geographical regions with nitrogen fixing bioactivity. Front Microbiol 10:2515 Cho YS, Kim JS, Crowley DE, Cho BG (2003) Growth promotion of the edible fungus Pleurotus ostreatus by fluorescent pseudomonads. FEMS Microbiol Lett 218:271–276 Citterio B, Malatesta M, Battistelli S, Marcheggiani F, Baffone W, Saltarelli R, Stocchi V, Gazzanelli G (2001) Possible involvement of Pseudomonas fluorescens and Bacillaceae in structural modifications of Tuber borchii fruit bodies. Can J Microbiol 47:264–268 Danell E, Alström S, Ternström A (1993) Pseudomonas fluorescens in association with fruit bodies of the ectomycorrhizal mushroom Cantharellus cibarius. Mycol Res 97:1148–1152 Deng JJ, Yu DP, Zhou WM, Zhou L, Zhu WX (2021) Variations of phyllosphere and rhizosphere microbial communities of Pinus koraiensis infected by Bursaphelenchus xylophilus. Microb Ecol 403:233 Dong YT, Ma HL, Zhou CS, Golly MK, Wu P, Sun L, Yagoub AEGA, He RH, Ye XF (2021) Enhanced mycelium production of Phellinus igniarius (Agaricomycetes) using a He-Ne laser with pulsed light. Int J Med Mushrooms 23:59–69 Douglas GM, Maffei VJ, Zaneveld J, Yurgel SN, Brown JR, Taylor CM, Huttenhower C, Langille MGI (2019) PICRUSt2: An improved and extensible approach for metagenome inference. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/672295 Edgar RC, Haas BJ, Clemente JC, Quince C, Knight R (2011) UCHIME improves sensitivity and speed of chimera detection. Bioinfomatics 27:2194–2200 Fung C, Rusling M, Lampeter T, Love C, Karim A, Bongiorno C, Yuan LL (2021) Automation of QIIME2 metagenomic analysis platform. Curr Protoc 1:e254 Gohar D, Pent M, Poldmaa K, Bahram M (2020) Bacterial community dynamics across developmental stages of fungal fruiting bodies. FEMS Microbiol Ecol 96:175 Gohar D, Põldmaa K, Tedersoo L, Aslani F, Furneaux B, Henkel TW, Saar I, Smith ME, Bahram M (2022) Global diversity and distribution of mushroom-inhabiting bacteria. Environ Microbiol Rep 14:254–264 Guo Q, Zhao LY, Zhu YH, Wu J, Hao CT, Song S, Shi W (2021) Optimization of culture medium for Sanghuangporus vaninii and a study on its therapeutic effects on gout. Biomed Pharmacother 135:111194 He PY, Yang Y, Di L, Li JL, Li N (2020) A comparative study on in vitro antitumor activities of the medicinal fungus Sanghuangporus bamuii cultivated in different substrates. Mycosystema 39:1400–1409 Kataoka R, Siddiqui ZA, Kikuchi J, Ando M, Sriwati R, Nozaki A, Futai K (2012) Detecting nonculturable bacteria in the active mycorrhizal zone of the pine mushroom Tricholoma matsutake. J Microbiol 50:199–206 Kumari D, Reddy MS, Upadhyay RC (2013) Diversity of cultivable bacteria associated with fruiting bodies of wild Himalayan Cantharellus spp. Ann Microbiol 63:845–853 Lalinská-Voleková B, Majerová H, Kautmanová I, Brachtýr O, Szabóová D, Arendt D, Brčeková J, Šottník P (2022) Hydrous ferric oxides (HFO’s) precipitated from contaminated waters at several abandoned Sb deposits-interdisciplinary assessment. Sci Total Environ 821:153248 Li WZ, Godzik A (2006) Cd-hit: a fast program for clustering and comparing large sets of protein or nucleotide sequences. Bioinformatics 22:1658–1659 Li Q, Li XL, Chen C, Li SH, Huang WL, Xiong C, Jin X, Zheng LY (2016) Analysis of bacterial diversity and communities associated with Tricholoma matsutake fruiting bodies by barcoded pyrosequencing in Sichuan province, Southwest China. J Microbiol Biotechnol 26:89–98 Liu YX, Liu ZY, Wongkaew S (2012) Developing characteristics and relationships of Shiraia bambusicola with Bamboo. Songklanakarin J Sci Technol 34:17–22 Logue JB, Stedmon CA, Kellerman AM, Nielsen NJ, Andersson AF, Laudon H, Lindström ES, Kritzberg ES (2016) Experimental insights into the importance of aquatic bacterial community composition to the degradation of dissolved organic matter. ISME J 10:533–545 Lv HX, Sahin N, Tani A (2020) Methylotenera oryzisoli sp. nov., a lanthanide-dependent methylotrophic bacteria isolated from rice field soil. Int J Syst Evol Microbiol 70:2713–2718 Ma YJ, Zheng LP, Wang JW (2019a) Inducing perylenequinone production from a bambusicolous fungus Shiraia sp. S9 through co-culture with a fruiting body-associated bacterium Pseudomonas fulva SB1. Microb Cell Fact 18:121 Ma YJ, Zheng LP, Wang JW (2019b) Bacteria associated with Shiraia fruiting bodies influence fungal production of hypocrellin A. Front Microbiol 10:2023 Ma XK, Ma HY, Chen Q, Ma Y, Daugulis AJ, Liang J, Zheng P (2021) The influence of monochromatic lights on flavonoid production by the fungus Sanghuangporus vaninii: Modeling of kinetic profiles and expression levels of important genes in flavonoid synthesis. Biochem Eng J 166:107876 Martin M (2011) Cutadapt removes adapter sequences from high-throughput sequencing reads. Embnet J 17:10–12 Pent M, Põldmaa K, Bahram M (2017) Bacterial communities in boreal forest mushrooms are shaped both by soil parameters and host identity. Front Microbiol 8:836 Quast C, Pruesse E, Yilmaz P, Gerken J, Schweer T, Yarza P, Peplies J, Glöckner FO (2012) The SILVA ribosomal RNA gene database project: improved data processing and web-based tools. Nucleic Acids Res 41:D590–D596 Reyon D, Tsai SQ, Khayter C, Foden JA, Sander JD, Joung JK (2012) FLASH assembly of TALENs enables high-throughput genome editing. Nat Biotechnol 30:460–465 Sbrana C, Bagnoli G, Bedini S, Filippi C, Giovannetti M, Nuti MP (2000) Adhesion to hyphal matrix and antifungal activity of Pseudomonas strains isolated from Tuber borchii ascocarps. Can J Microbiol 46:259–268 Sbrana C, Agnolucci M, Bedini S, Lepera A, Toffanin A, Giovannetti M, Nuti MP (2002) Diversity of culturable bacterial populations associated to Tuber borchii ectomycorrhizas and their activity on T. borchii, mycelial growth. FEMS Microbiol Lett 211:195–201 Song TT, Zhang ZF, Jin QL, Feng WL, Shen YY, Fan LJ, Cai WM (2021) Nutrient profiles, functional compositions, and antioxidant activities of seven types of grain fermented with Sanghuangporus sanghuang fungus. J Food Sci Technol 58:4091–4101 Splivallo R, Deveau A, Valdez N, Kirchhoff N, Frey-Klett P, Karlovsky P (2015) Bacteria associated with truffle-fruiting bodies contribute to truffle aroma. Environ Microbiol 17:2647–2660 Suarez C, Ratering S, Weigel V, Sacharow J, Bienhaus J, Ebert J, Hirz A, Rühl M, Schnell S (2020) Isolation of bacteria at different points of Pleurotus ostreatus cultivation and their influence in mycelial growth. Microbiol Res 234:126393 Varese GC, Portinaro S, Trotta A, Scannerini S, Luppi AM, Martinotti G (1996) Bacteria associated with Suillus grevillei sporocarps and ectomycorrhizae and their effects on in vitro growth of the mycobiont. Symbiosis 21:129–147 Wu SH, Dai YC (2020) Species clarification of the medicinal fungus Sanghuang. Mycosystema 39:781–794 Wu SH, Chang CC, Wei CL, Jiang GZ, Cui BK (2019) Sanghuangporus toxicodendri sp. nov. (Hymenochaetales, Basidiomycota) from China. MycoKeys 57:101–111 Xiang QJ, Luo LH, Liang YH, Chen Q, Zhang XP, Gu YF (2017) The diversity, growth promoting abilities and anti-microbial activities of bacteria isolated from the fruiting body of Agaricus bisporus. Pol J Microbiol 66:201–207 Yan JJ, Zhang L, Wang RQ, Xie B, Li X, Chen RL, Guo LX, Xie BG (2016) The sequence characteristics and expression models reveal superoxide dismutase involved in cold response and fruiting body development in Volvariella volvacea. Int J Mol Sci 17:34 Zagriadskaia YA, Lysak LV, Sidorova II, Voronina EY (2013) Bacterial complexes of the fruiting bodies and hyphosphere of certain basidiomycetes. Biol Bull 40:405–411 Zan LF, Fan YG, Bao HY, Tolgor YJ (2021) Characterization of chemical compositions from the wild and cultivated Sanghuangporus vaninii based on UPLC-QTOF-MS. Nat Prod Res Dev 33:1818–1828 Zarenejad F, Yakhchali B, Rasooli I (2012) Evaluation of indigenous potent mushroom growth promoting bacteria (MGPB) on Agaricus bisporus production. World J Microbiol Biotechnol 28:99–104 Zhang GL, Si J, Tian XM, Wang JP (2017) The effects of fungal elicitor on the accumulation of Sanghuangporus sanghuang intracellular metabolites. Mycosystema 36:482–491 Zhang G, Ren A, Shi L, Zhu J, Jiang AL, Shi DK, Zhao MW (2018) Functional analysis of an APSES transcription factor (GlSwi6) involved in fungal growth, fruiting body development and ganoderic-acid biosynthesis in Ganoderma lucidum. Microbiol Res 207:280–288 Zhang JJ, Hao HB, Wu XL, Wang Q, Chen MJ, Feng ZY, Chen H (2020) The functions of glutathione peroxidase in ROS homeostasis and fruiting body development in Hypsizygus marmoreus. Appl Microbiol Biotechnol 104:10555–10570 Zheng LP, Gao LW, Zhou JQ, Sima YH, Wang JW (2008) Antioxidant activity of aqueous extract of a Tolypocladium sp. fungus isolated from wild Cordyceps sinensis. Afr J Biotechnol 7:3004–3010 Zhou LW, Vlasák J, Decock C, Assefa A, Stenlid J, Abate D, Wu SH, Dai YC (2015) Global diversity and taxonomy of the Inonotus linteus complex (Hymenochaetales, Basidiomycota): Sanghuangporus gen. nov., Tropicoporus excentrodendri and T. guanacastensis gen. et spp. nov., and 17 new combinations. Fungal Divers 77:335–347 Zhou LW, Ghobad-Nejhadc M, Tian XM, Wang YF, Wu F (2022) Current status of “Sanghuang” as a group of medicinal mushrooms and their perspective in industry development. Food Rev Int 38:589–607 Zhu TB, Kim SH, Chen CY (2008) A medicinal mushroom: Phellinus linteus. Curr Med Chem 15:1330–1335 Zhu J, Wu FL, Yue SN, Chen C, Song SQ, Wang H, Zhao MW (2020a) Functions of reactive oxygen species in apoptosis and ganoderic acid biosynthesis in Ganoderma lucidum. FEMS Microbiol Lett 366:fnaa015 Zhu ZP, Li N, Li W, Li JM, Li ZP, Wang JB, Tang XM (2020b) Laser mutagenesis of Phellinus igniarius protoplasts for the selective breeding of strains with high laccase activity. Appl Biochem Biotechnol 190:584–600