2017-05-19
最近(jin)，派森諾生物再(zai)次與南京農業大學沈其榮教(jiao)授課(ke)題組合作(zuo)(zuo)，在(zai)土壤學領域老牌期刊《Soil Biology & Biochemistry》發表文章（最新影響因子(zi)4.152），揭示了土壤中(zhong)真菌(jun)菌(jun)群在(zai)抑制(zhi)鐮刀菌(jun)枯萎病的過程中(zhong)所起的重要(yao)保護(hu)作(zuo)(zuo)用。
研究(jiu)背(bei)景(jing)
香(xiang)(xiang)草(cao)是(shi)一種(zhong)高價值的經(jing)濟作(zuo)物(wu)，被廣泛(fan)種(zhong)植于熱帶和亞熱帶地區，但是(shi)香(xiang)(xiang)草(cao)作(zuo)物(wu)卻受到鐮刀(dao)菌枯萎病(bing)的嚴(yan)重威脅，會導致香(xiang)(xiang)草(cao)作(zuo)物(wu)的嚴(yan)重減產(chan)，而(er)主(zhu)要病(bing)因是(shi)一種(zhong)名為尖(jian)孢鐮刀(dao)菌（Fusarium oxysporum）的(de)真(zhen)菌。由于香草屬于單(dan)一作物(wu)(wu)，一旦鐮刀菌枯萎病(bing)爆發，長期種植(zhi)香草將(jiang)會導致(zhi)土壤中鐮刀病(bing)病(bing)原體的(de)累積。雖然通過作物(wu)(wu)輪作的(de)方(fang)式可以改善這一情況，但(dan)是需要耗費大量的(de)財力(li)物(wu)(wu)力(li)人(ren)力(li)，在現實種植(zhi)業(ye)中非常不現實。
研究目的
根據先前的(de)(de)實(shi)地考(kao)察研究，中國海南(nan)島上種植的(de)(de)香(xiang)草(cao)的(de)(de)鐮刀(dao)菌枯(ku)萎(wei)(wei)病(bing)(bing)發病(bing)(bing)率很低，即使經(jing)過長達數十年的(de)(de)香(xiang)草(cao)種植，土(tu)壤(rang)中鐮刀(dao)菌病(bing)(bing)原微生物的(de)(de)含量仍(reng)保持低水平。為了探明該(gai)地區土(tu)壤(rang)對香(xiang)草(cao)鐮刀(dao)菌枯(ku)萎(wei)(wei)病(bing)(bing)的(de)(de)抑(yi)制作用，同(tong)時為了解決鐮刀(dao)菌枯(ku)萎(wei)(wei)病(bing)(bing)對香(xiang)草(cao)作物的(de)(de)損害以及連(lian)帶的(de)(de)經(jing)濟影(ying)響，本(ben)研究將該(gai)地區土(tu)壤(rang)與高發病(bing)(bing)率區域的(de)(de)土(tu)壤(rang)進行相互比(bi)較(jiao)，從(cong)而闡明土(tu)壤(rang)菌群(qun)的(de)(de)組成結構與香(xiang)草(cao)鐮刀(dao)菌枯(ku)萎(wei)(wei)病(bing)(bing)發病(bing)(bing)率之(zhi)間的(de)(de)相互關(guan)系。
研究方法(fa)
測(ce)(ce)序(xu)技術：Illumina MiSeq高(gao)通量測(ce)(ce)序(xu)平(ping)臺
測序(xu)模(mo)式(shi)：細菌16S rRNA基因V4區和真菌ITS1區測序(xu)
實驗對象：香草(cao)種植(zhi)土壤樣(yang)品(pin)
實驗設計：土壤樣品分別取自兩個不同果園的香草連續種植地（均超過20年），兩者在鐮刀菌枯萎病的發病率上有顯著差別，Gaolong（為抑制型土壤S）的發病率低，Xinglong（為患病型土壤C）的發病率高。分別在每個果園的香草種植地中選擇9塊約60cm2的土壤，每塊土壤各自取10個樣（深度為0~20 cm、直徑為2.5 cm），每個樣品取樣點之間間隔2 m以上，最后將取得的10個樣品混合為一個，最終在兩個果園分別獲得9份樣品，共計18份土壤樣品。
研究結果(guo)
本研究中，分別對18份樣品進行土壤理化性質檢測、Fusarium oxysporum數量、真菌總量和細菌總量的定量PCR測定，以及土壤中真菌和細菌的高通量測序。高通量測序共獲得474,250條真菌序列和736,751條細菌序列，并在97%的序列相似度水平進行聚類，得到4071個真菌OTU和10,191個細菌OTU。
兩個果園香草種(zhong)植土壤樣品的理(li)化性質
對土(tu)壤(rang)(rang)的理化性質進行檢測，并比較兩(liang)個果園土(tu)壤(rang)(rang)性質的差異可知，抑制型(xing)土(tu)壤(rang)(rang)中(zhong)的OM總量和(he)N、P、Fe成分(fen)顯著高于患(huan)病(bing)型(xing)土(tu)壤(rang)(rang)，而pH值、EC和(he)K成分(fen)卻顯著低于病(bing)型(xing)土(tu)壤(rang)(rang)。F. oxysporum病(bing)原體在(zai)兩(liang)種土(tu)壤(rang)(rang)中(zhong)都存(cun)在(zai)，但是在(zai)患(huan)病(bing)型(xing)土(tu)壤(rang)(rang)中(zhong)的含量幾乎(hu)達到抑制型(xing)土(tu)壤(rang)(rang)的兩(liang)倍。
將兩種土壤（S和C）、以及兩種土壤處理后的混合土壤（單純混合組SC和抑制型土壤加熱后混合組S90C）的發病率進行比較發現，S的發病率為11%，SC的發病率為27%，C的發病率為70%，S和SC組的發病率相較C組都具有顯著差異，而S90C組的發病率與C組相比只有略微下降，統計學差異不顯著。
對(dui)抑(yi)制(zhi)型土(tu)壤(rang)和(he)患病型土(tu)壤(rang)進(jin)行多樣性指數(shu)分(fen)析可知，抑(yi)制(zhi)型土(tu)壤(rang)中(zhong)真菌(jun)(jun)(jun)豐度和(he)多樣性遠高(gao)于(yu)患病型土(tu)壤(rang)（差異(yi)顯著），而患病型土(tu)壤(rang)則具有更(geng)高(gao)的細(xi)菌(jun)(jun)(jun)多樣性。同時，UniFrac PCoA分(fen)析也表(biao)明，兩種土(tu)壤(rang)的真菌(jun)(jun)(jun)和(he)細(xi)菌(jun)(jun)(jun)菌(jun)(jun)(jun)群均存在顯著差異(yi)。
門水平的真菌組成分布圖顯示，兩種土壤中的Ascomycota、Basidiomycota和Zygomycota門都在真菌中占有絕對優勢，但在抑制型土壤中，Basidiomycota和Zygomycota門的豐度高于患病型土壤，而Ascomycota門則相反；細菌的組成分布圖則顯示，Acidobacteria、Proteobacteria、Verrucomicrobia、Bacteroidetes、Actinobacteria和Firmicutes為優勢門，同時，Acidobacteria、Verrucomicrobia、Actinobacteria和Firmicutes門在抑制型土壤中的豐度高于患病型土壤，而Proteobacteria和Bacteroidetes門則相反。
對(dui)真菌和細(xi)菌群落中(zhong)(zhong)豐度前40的(de)屬(shu)進行LEfse分(fen)析，通(tong)過LDA得分(fen)值可知，在(zai)(zai)真菌中(zhong)(zhong)有(you)10個屬(shu)具有(you)顯(xian)著(zhu)差(cha)異(yi)，其(qi)中(zhong)(zhong)6個在(zai)(zai)抑制型土壤中(zhong)(zhong)被富集；而在(zai)(zai)細(xi)菌中(zhong)(zhong)有(you)26個屬(shu)具有(you)顯(xian)著(zhu)差(cha)異(yi)，其(qi)中(zhong)(zhong)有(you)19個在(zai)(zai)患病(bing)型土壤中(zhong)(zhong)豐度更高(gao)。
真(zhen)(zhen)菌菌群的網絡(luo)分(fen)析(xi)顯示真(zhen)(zhen)菌物種(zhong)間的相(xiang)互(hu)作用關系。其中(zhong)抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)型(xing)(xing)土(tu)(tu)壤(rang)和(he)(he)(he)患病型(xing)(xing)土(tu)(tu)壤(rang)的OTU節(jie)點數分(fen)別(bie)為(wei)225和(he)(he)(he)230，每個(ge)節(jie)點的平(ping)均(jun)連接(jie)度為(wei)6.85和(he)(he)(he)5.48，平(ping)均(jun)路徑長度分(fen)別(bie)為(wei)3.28和(he)(he)(he)2.42，平(ping)均(jun)聚類系數分(fen)別(bie)為(wei)0.34和(he)(he)(he)0.27，并且正相(xiang)關與負相(xiang)關比(bi)例分(fen)別(bie)為(wei)15.76和(he)(he)(he)1.68，表明(ming)抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)型(xing)(xing)土(tu)(tu)壤(rang)相(xiang)較(jiao)患病型(xing)(xing)土(tu)(tu)壤(rang)中(zhong)真(zhen)(zhen)菌菌群之間具有更多(duo)的相(xiang)互(hu)促進(jin)關系。
總結(jie)
本研究通過對兩種香草種植土壤中的真菌和細菌菌群進行高通量測序分析，發現土壤中的真菌菌群對鐮刀菌枯萎病有著很好的抑制保護作用，同時發現，除了眾所周知的病原體Fusarium oxysporum外，Fusarium pseudensiforme在疾病發生發展過程中也起到關鍵作用。這一研究結果，不但具有科學研究意義，同時也有助于香草種植產業對土壤進行靶向優化。
本(ben)研究的測序和數(shu)據分(fen)析工作(zuo)由上海派森(sen)諾生物科技股份(fen)有(you)限(xian)公司完成。
文章(zhang)索引(yin)：
W Xiong, R Li, Y Ren, C Liu, QY Zhao, Kim, HS Wu, Alexandre Jousset, and QR Shen, (2017). Distinct roles for soil fungal and bacterial communities associated with the suppression of vanilla Fusarium wilt disease. Soil Biology & Biochemistry 107 (2017) 198e207. doi: 10.1016/j.soilbio.2017.01.010
原文鏈(lian)接：
//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071717300664
