Sự biến đổi của bacteriome ở cây đậu nành nhiệt đới, Marchantia inflexa, giữa hai giới và qua các môi trường sống

Symbiosis - Tập 75 - Trang 93-101 - 2017
Rose A. Marks1, Jeramiah J. Smith1, Quentin Cronk2, D. Nicholas McLetchie1
1Department of Biology, University of Kentucky, Lexington, USA
2Department of Botany, University of British Columbia, Vancouver, Canada

Tóm tắt

Các tương tác giữa thực vật và vi sinh vật ảnh hưởng đến chức năng hệ sinh thái thông qua chu trình dinh dưỡng, các tương tác cộng đồng và chi phí/lợi ích riêng của các sinh vật tham gia. Tuy nhiên, thông tin về việc thiết lập, đa dạng và chức năng của các tương tác giữa thực vật và vi sinh vật vẫn còn hạn chế, đặc biệt là đối với các thực vật không mạch. Chúng tôi giả thuyết rằng sự biến đổi trong môi trường và giới tính của thực vật chủ sẽ ảnh hưởng đến thành phần và sự đa dạng của các cộng đồng vi sinh vật liên kết. Để kiểm tra giả thuyết này, chúng tôi đã phân tích bacteriome của cây thực vật không mạch, Marchantia inflexa, ở cả hai giới tính qua nhiều môi trường sống khác nhau bằng cách giải trình tự có mục tiêu gen 16S rRNA của vi khuẩn. Chúng tôi mô tả bacteriome của M. inflexa và phát hiện rằng nó phong phú và đa dạng, thể hiện một số điểm tương đồng với các dòng thực vật không mạch khác. Sử dụng những dữ liệu này, chúng tôi đã phát hiện một thành phần đặc thù theo môi trường sống của bacteriome và sự khác biệt về giới tính trong bacteriome dưới điều kiện vườn chung. Dựa trên các chức năng vi sinh vật đã biết, các phân tích của chúng tôi cho thấy rằng các nhóm thuế học vi khuẩn cụ thể được phát hiện ở những loại môi trường sống nhất định có thể có các vai trò chức năng, giúp các thực vật thích nghi tốt hơn với môi trường sống địa phương của chúng, và rằng sự khác biệt về giới tính trong bacteriome có thể tương ứng với những khác biệt tinh tế trong sinh lý và hình thái của hai giới. Việc xác định ban đầu của chúng tôi về sự biến đổi trong thành phần bacteriome của dòng rêu tản nhiệt đới này cung cấp thông tin quý giá để hiểu rõ hơn về các mẫu tương tác giữa thực vật và vi sinh vật trên cạn.

Từ khóa

#thực vật không mạch #tương tác thực vật-vi sinh vật #bác sĩ nấm #đa dạng vi sinh vật #Marchantia inflexa

Tài liệu tham khảo

Agler MT, Ruhe J, Kroll S et al. (2016) Microbial hub taxa link host and abiotic factors to plant microbiome variation (MK Waldor, Ed,). PLoS Biol, 14, e1002352 Ali Balkan M (2016) Sex-specific fungal communities of the Dioicous Moss Ceratodon purpureus. Thesis, Portland State University. https://doi.org/10.15760/etd.2654 Andrews S. (2010). FastQC: a quality control tool for high throughput sequence data. Available online at: http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc Berendsen RL, Pieterse CMJ, Bakker PAHM (2012) The rhizosphere microbiome and plant health. Trends Plant Sci 17:478–486 Bischler H (1984) Marchantia L: the new world species (Bryophytorum bibliotheca, band 26). Lubrecht & Cramer Ltd, Port Jervis Björnsson L, Hugenholtz P, Tyson GW, Blackall LL (2002) Filamentous Chloroflexi (green non-sulfur bacteria) are abundant in wastewater treatment processes with biological nutrient removal. Microbiology 148:2309–2318 Bowers RM, McLetchie S, Knight R, Fierer N (2011) Spatial variability in airborne bacterial communities across land-use types and their relationship to the bacterial communities of potential source environments. The ISME Journal 5:601–612 Bragina A, Berg C, Berg G (2015) The core microbiome bonds the alpine bog vegetation to a transkingdom metacommunity. Mol Ecol 24:4795–4807 Bragina A, Berg C, Cardinale M et al (2012) Sphagnum mosses harbour highly specific bacterial diversity during their whole lifecycle. The ISME journal 6:802–813 Bragina A, Oberauner-Wappis L, Zachow C et al (2014) The sphagnum microbiome supports bog ecosystem functioning under extreme conditions. Mol Ecol 23:4498–4510 Brzyski JR, Taylor W, McLetchie DN (2014) Reproductive allocation between the sexes, across natural and novel habitats, and its impact on genetic diversity. Evol Ecol 28:247–261 Bulgarelli D, Rott M, Schlaeppi K et al (2012) Revealing structure and assembly cues for Arabidopsis root-inhabiting bacterial microbiota. Nature 488:91–95 Caporaso JG, Kuczynski J, Stombaugh J et al (2010) QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data. Nat Methods 7:335–336 Claus SP, Tsang TM, Wang Y et al (2008) Systemic multicompartmental effects of the gut microbiome on mouse metabolic phenotypes. Mol Syst Biol 4:219 Delaux P-M, Séjalon-Delmas N, Bécard G et al (2013) Evolution of the plant–microbe symbiotic “toolkit.”. Trends Plant Sci 18:298–304 DeLuca TH, Zackrisson O, Nilsson M-C, Sellstedt A (2002) Quantifying nitrogen-fixation in feather moss carpets of boreal forests. Nature 419:917–920 Doyle JJ, Doyle JL (1987) A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochemistry bulletin 19:11–15 During H, Tooren BF Van (1990) Bryophyte interactions with other plants. Bot J Linn Soc, 104, 79–98 Erlacher A, Cernava T, Cardinale M et al (2015) Rhizobiales as functional and endosymbiontic members in the lichen symbiosis of Lobaria Pulmonaria L. Front Microbiol 6:53 Ezenwa VO, Gerardo NM, Inouye DW, Medina M, Xavier JB (2012) Microbiology. Animal behavior and the microbiome. Science 338:198–199 Fuerst JA, Sagulenko E (2011) Beyond the bacterium: planctomycetes challenge our concepts of microbial structure and function. Nature Reviews. Microbiology 9:403–413 Gifford SM, Sharma S, Moran MA (2014) Linking activity and function to ecosystem dynamics in a coastal bacterioplankton community. Front Microbiol 5:185 Goffinet B (2008) Bryophyte Biology (AJ Shaw, Ed,). Cambridge University Press., Cambridge Groen KE, Stieha CR, Crowley PH, McLetchie DN (2010) Sex-specific plant responses to light intensity and canopy openness: implications for spatial segregation of the sexes. Oecologia 162:561–570 Haney CH, Samuel BS, Bush J, Ausubel FM (2015) Associations with rhizosphere bacteria can confer an adaptive advantage to plants. Nature Plants 1:150–151 van der Heijden MGA, Hartmann M, Turnbaugh P et al (2016) Networking in the plant microbiome. PLoS Biol 14:e1002378 Hooper LV, Midtvedt T, Gordon JI (2002) How host-microbial interactions shape the nutrient environment of the mammalian intestine. Annu Rev Nutr 22:283–307 Jafari N, Behroozi R, Farajzadeh D, Farsi M, Akbari-Noghabi K (2014) Antibacterial activity of Pseudonocardia sp. JB05, a rare salty soil actinomycete against Staphylococcus aureus. Biomed Res Int. https://doi.org/10.1155/2014/182945 Juottonen H, Galand PE, Tuittila E-S et al (2005) Methanogen communities and bacteria along an ecohydrological gradient in a northern raised bog complex. Environ Microbiol 7:1547–1557 Knack JJ, Wilcox LW, Delaus P-M et al (2015) Microbiomes of Streptophyte algae and bryophytes suggest that a functional suite of microbiota fostered plant colonization of land. Int J Plant Sci 176:405–420 Koua FHM, Kimbara K, Tani A (2014) Bacterial-biota dynamics of eight bryophyte species from different ecosystems. Saudi Journal of Biological Sciences 22:204–210 Lebeis SL (2014) The potential for give and take in plant-microbiome relationships. Front Plant Sci 5:287 Lee KCY, Dunfield PF, Stott MB (2014) The phylum Armatimonadetes. In: The prokaryotes. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, pp 447–458 Lozupone CA, Lladser ME, Knights D, Stombaugh J, Knight R (2011) UniFrac: an effective distance metric for microbial community comparison. The ISME Journal 5133:169–172 Lundberg DS, Lebeis SL, Paredes SH et al (2012) Defining the core Arabidopsis Thaliana root microbiome. Nature 488:86–90 Magoč T, Salzberg SL (2011) FLASH: fast length adjustment of short reads to improve genome assemblies. Bioinformatics 27:2957–2963 Manter DK, Delgado JA, Holm DG, Stong RA (2010) Pyrosequencing reveals a highly diverse and cultivar-specific bacterial endophyte community in potato roots. Microb Ecol 60:157–166 Marks RA, Burton JF, McLetchie DN (2016) Sex differences and plasticity in dehydration tolerance: insight from a tropical liverwort. Ann Bot 118:347–356 McLetchie DN, Puterbaugh MN (2000) Population sex ratios, sex-specific clonal traits and tradeoffs among these traits in the liverwort Marchantia Inflexa. Oikos 90:227–237 Naether A, Foesel BU, Naegele V et al (2012) Environmental factors affect Acidobacterial communities below the subgroup level in grassland and forest soils. Appl Environ Microbiol 78:7398–7406 Newton GL, Buchmeier N, Fahey RC (2008) Biosynthesis and functions of mycothiol, the unique protective thiol of Actinobacteria. Microbiol Mol Biol Rev 72:471–494 Ofek M, Voronov-Goldman M, Hadar Y, Minz D (2014) Host signature effect on plant root-associated microbiomes revealed through analyses of resident vs . Active communities. Environ Microbiol 16:2157–2167 Opelt K, Berg G (2004) Diversity and antagonistic potential of bacteria associated with bryophytes from nutrient-poor habitats of the Baltic Sea coast. Appl Environ Microbiol 70:6569–6579 Opelt K, Berg C, Schönmann S, Eberl L, Berg G (2007a) High specificity but contrasting biodiversity of sphagnum-associated bacterial and plant communities in bog ecosystems independent of the geographical region. The ISME Journal 1:502–516 Opelt K, Chobot V, Hadacek F et al (2007b) Investigations of the structure and function of bacterial communities associated with sphagnum mosses. Environ Microbiol 9:2795–2809 Panke-Buisse K, Poole AC, Goodrich JK, Ley RE, Kao-Kniffin J (2015) Selection on soil microbiomes reveals reproducible impacts on plant function. The ISME journal 9:980–989 Proctor MCF, Oliver MJ, Wood AJ et al (2007) Desiccation-tolerance in bryophytes : a review desiccation-tolerance in bryophytes : a review. Bryologist 110:595–621 Schlaeppi K, Dombrowski N, Oter RG, Ver Loren van Themaat E, Schulze-Lefert P (2014) Quantitative divergence of the bacterial root microbiota in Arabidopsis Thaliana relatives. Proc Natl Acad Sci, 111, 585–592 Sessitsch A, Mitter B (2015) 21st century agriculture: integration of plant microbiomes for improved crop production and food security. Microb Biotechnol 8:32–33 Thomas F, Hehemann J-H, Rebuffet E, Czjzek M, Michel G (2011) Environmental and gut Bacteroidetes: the food connection. Front Microbiol 2:93 Turner TR, James EK, Poole PS (2013) The plant microbiome. Genome Biol 14:209–219 Vandenkoornhuyse P, Quaiser A, Duhamel M, Le Van A, Dufresne A (2015) The importance of the microbiome of the plant holobiont. New Phytol 206:1196–1206 Varga S, Vega-Frutis R, Kytöviita M-M (2013) Transgenerational effects of plant sex and arbuscular mycorrhizal symbiosis. New Phytol 199:812–821 Vega-Frutis R, Guevara R (2009) Different arbuscular mycorrhizal interactions in male and female plants of wild Carica papaya L. Plant Soil 322:167–176