2017-07-01
最(zui)近(jin)，派森諾生(sheng)物再次與南京(jing)農業(ye)大(da)學沈其(qi)榮教授課(ke)題組合作，在土壤學領域老牌期刊《Soil Biology & Biochemistry》發表文章(zhang)（影(ying)響因子4.152），揭示了土壤中真(zhen)菌菌群在抑制鐮刀菌枯(ku)萎病的過程中所起(qi)的重(zhong)要保(bao)護作用(yong)。
研究背景(jing)
香(xiang)草是一種高(gao)價值的經濟(ji)作(zuo)物，被廣泛種植于熱帶和亞熱帶地(di)區，但(dan)是香(xiang)草作(zuo)物卻受到鐮刀(dao)菌(jun)枯萎(wei)病(bing)的嚴(yan)重威脅，會導(dao)致香(xiang)草作(zuo)物的嚴(yan)重減產，而(er)主要病(bing)因(yin)是一種名為尖孢鐮刀(dao)菌(jun)（Fusarium oxysporum）的真菌。由(you)于香草(cao)屬于單(dan)一作(zuo)物，一旦鐮刀菌枯萎病爆發，長期種(zhong)植香草(cao)將(jiang)會導(dao)致(zhi)土壤中鐮刀病病原體(ti)的累(lei)積。雖然通過作(zuo)物輪作(zuo)的方式可以改善(shan)這一情況，但是需要耗費大量的財力物力人力，在現實(shi)種(zhong)植業中非常(chang)不(bu)現實(shi)。
研究目的
根據(ju)先(xian)前的(de)實(shi)地(di)考(kao)察研究(jiu)，中國海南島(dao)上種植的(de)香(xiang)草的(de)鐮刀菌(jun)(jun)枯(ku)萎病(bing)(bing)發(fa)病(bing)(bing)率很低，即使經過長達(da)數十年的(de)香(xiang)草種植，土壤中鐮刀菌(jun)(jun)病(bing)(bing)原微(wei)(wei)生物的(de)含量仍保持低水平(ping)。為(wei)了探明該地(di)區土壤對香(xiang)草鐮刀菌(jun)(jun)枯(ku)萎病(bing)(bing)的(de)抑制作用，同時為(wei)了解決鐮刀菌(jun)(jun)枯(ku)萎病(bing)(bing)對香(xiang)草作物的(de)損(sun)害(hai)以及連帶的(de)經濟影響，本研究(jiu)將該地(di)區土壤與高發(fa)病(bing)(bing)率區域的(de)土壤進行相(xiang)互比較(jiao)，從(cong)而闡明土壤菌(jun)(jun)群(qun)的(de)組成(cheng)結構與香(xiang)草鐮刀菌(jun)(jun)枯(ku)萎病(bing)(bing)發(fa)病(bing)(bing)率之間的(de)相(xiang)互關系。
研究方法
測序(xu)技術：Illumina MiSeq高(gao)通量測序(xu)平臺
測序模式：細菌(jun)16S rRNA基因V4區(qu)和真菌(jun)ITS1區(qu)測序
實驗對象：香草(cao)種植土壤樣品
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
本研究中(zhong)，分別對18份樣品進行土壤理化性質檢測(ce)、Fusarium oxysporum數量(liang)(liang)(liang)(liang)、真(zhen)菌(jun)(jun)總量(liang)(liang)(liang)(liang)和(he)(he)細菌(jun)(jun)總量(liang)(liang)(liang)(liang)的定量(liang)(liang)(liang)(liang)PCR測定，以及(ji)土壤(rang)中真(zhen)菌(jun)(jun)和(he)(he)細菌(jun)(jun)的高通量(liang)(liang)(liang)(liang)測序(xu)。高通量(liang)(liang)(liang)(liang)測序(xu)共獲(huo)得474,250條真(zhen)菌(jun)(jun)序(xu)列和(he)(he)736,751條細菌(jun)(jun)序(xu)列，并在(zai)97%的序(xu)列相似度(du)水平(ping)進行聚(ju)類，得到4071個真(zhen)菌(jun)(jun)OTU和(he)(he)10,191個細菌(jun)(jun)OTU。
兩(liang)個果園香草種植土壤樣(yang)品的理化性質(zhi)
對(dui)土(tu)壤(rang)(rang)的理化性質(zhi)(zhi)進行檢測(ce)，并比(bi)較兩(liang)個果園土(tu)壤(rang)(rang)性質(zhi)(zhi)的差異可知，抑制(zhi)型土(tu)壤(rang)(rang)中的OM總量和N、P、Fe成分顯(xian)著(zhu)高于患(huan)病型土(tu)壤(rang)(rang)，而(er)pH值(zhi)、EC和K成分卻顯(xian)著(zhu)低于病型土(tu)壤(rang)(rang)。F. oxysporum病原(yuan)體在(zai)兩(liang)種土(tu)壤(rang)(rang)中都存在(zai)，但是在(zai)患(huan)病型土(tu)壤(rang)(rang)中的含量幾乎達到(dao)抑制(zhi)型土(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。
對抑制型(xing)土(tu)壤(rang)和患(huan)(huan)病型(xing)土(tu)壤(rang)進行(xing)多樣性指數分析(xi)可知(zhi)，抑制型(xing)土(tu)壤(rang)中真菌豐度和多樣性遠高于患(huan)(huan)病型(xing)土(tu)壤(rang)（差(cha)異(yi)顯著），而患(huan)(huan)病型(xing)土(tu)壤(rang)則(ze)具有更高的細菌多樣性。同時，UniFrac PCoA分析(xi)也(ye)表(biao)明，兩種土(tu)壤(rang)的真菌和細菌菌群均存在顯著差(cha)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。
對真菌(jun)和細菌(jun)群落中(zhong)(zhong)豐度(du)前(qian)40的屬進行LEfse分析，通過LDA得分值可知，在真菌(jun)中(zhong)(zhong)有(you)(you)10個(ge)(ge)屬具有(you)(you)顯著差異，其中(zhong)(zhong)6個(ge)(ge)在抑制(zhi)型土壤中(zhong)(zhong)被富集；而在細菌(jun)中(zhong)(zhong)有(you)(you)26個(ge)(ge)屬具有(you)(you)顯著差異，其中(zhong)(zhong)有(you)(you)19個(ge)(ge)在患(huan)病型土壤中(zhong)(zhong)豐度(du)更(geng)高。
真菌(jun)(jun)菌(jun)(jun)群(qun)的網絡分(fen)(fen)析顯示(shi)真菌(jun)(jun)物種間(jian)的相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)關系。其中抑制型(xing)土壤和(he)患(huan)病(bing)型(xing)土壤的OTU節點(dian)數分(fen)(fen)別(bie)為(wei)225和(he)230，每個節點(dian)的平(ping)均(jun)連接度(du)為(wei)6.85和(he)5.48，平(ping)均(jun)路徑長度(du)分(fen)(fen)別(bie)為(wei)3.28和(he)2.42，平(ping)均(jun)聚類系數分(fen)(fen)別(bie)為(wei)0.34和(he)0.27，并且正相(xiang)關與負(fu)相(xiang)關比例分(fen)(fen)別(bie)為(wei)15.76和(he)1.68，表(biao)明抑制型(xing)土壤相(xiang)較患(huan)病(bing)型(xing)土壤中真菌(jun)(jun)菌(jun)(jun)群(qun)之間(jian)具有(you)更多的相(xiang)互(hu)促進關系。
總結
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。
本研究(jiu)的測序和數據分析工(gong)作(zuo)由(you)上(shang)海(hai)派森諾生物科技股份有限公司(si)完成。
文章索(suo)引：
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(yuan)文(wen)鏈(lian)接：
//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071717300664
