『锐帮读』宏基因组测序揭示大麦根际微生物的结构和功能

Structure and Function of the Bacterial Root Microbiota in Wild and Domesticated Barley

Cell Host & Microbe，2015，IF=12.328

通讯作者：

①Alice C. McHardy，Department of Algorithmic Bioinformatics, Heinrich Heine University Duesseldorf, 40225 Duesseldorf, Germany，[e-mail]

②Paul Schulze-Lefert，Department of Plant Microbe Interactions, Max Planck Institute for Plant Breeding Research, 50829 Cologne, Germany, [e-mail]

根际微生物指植物根表及近根土壤中的微生物，与植物呈共生关系，大多数根际微生物对植物无害，且对植物生长有促进作用。为了研究根际微生物群落的结构和功能多样性，作者利用16S rDNA测序与宏基因组测序相结合的方法对野生和驯化大麦根际土壤微生物进行了深入分析。

材料与方法

1)3个大麦品系，2种取样条件（根周Rhizosphere &根表Root），外加1个对照土壤样品，共7个样品。

2)7个样品进行16S rDNA测序，V5-7区，454平台；

将根周Rhizosphere样品混合为一个样品，进行宏基因组测序， Illumina Hiseq2500，PE100bp。

研究结果

1)与土壤对照相比，丛毛单胞菌（Comamonadaceae）、黄杆菌（Flavobacteriaceae）和根瘤菌（Rhizobiaceae）是大麦根际的优势菌。

图1 门水平（A）和科水平（B）大麦根际及根中微生物物种丰度

2）由PCoA分析知，A图中，对照土壤微生物（Soil）、根周微生物(Rhizosphere) 及根表微生物（Root）存在差异，而3个大麦品系（B）微生物也存在差异。

图2 PCoA分析

3）为了进一步分析野生大麦和驯化大麦根部富集微生物的情况，对3个大麦品系进行了OTU富集分析，分为三种类型，Root- OTU（代表了在野生和现代大麦根表富集最多的菌群，能与对照土样区分），RR-OTU（能与对照区分，且在地方大麦根际富集最多），Rhizo-OTU (最少的一部分菌群，与品种测试无关)，对比上的Root-OTU 及RR-OTU主要为拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门（Proteobacteria）(图3)。之前报道拟南芥根部显著富集的菌为放线菌门（Actinobacteria）， 拟杆菌门（Bacteroidetes）和 变形菌门（Proteobacteria），为了比较大麦和拟南芥根际微生物，对两者OTU做了聚类并进行比较分析（图4），其中大麦OTU占45.44%，拟南芥占59.02%。

图3 三个大麦品系的OTU富集

图4大麦和拟南芥根际菌群聚类

4）宿主基因型对根际相关菌群的多样性有微弱但显著的影响，可能代表了植物驯化的印迹。疾病产生、分泌、噬菌体互作和养分转运等性状与大麦根周微生物有关联，蛋白家族控制的这些性状表现出正选择的证据。

图5 16SrDNA测序和宏基因组测序结果丰度对比

表1 生物学功能分类

图6 蛋白质分析

结论

该研究表明微生物之间，宿主和微生物之间的相互作用共同决定了根际微生物的差异。

亮点

1）16S测序与宏基因组测序相结合，分析全面；

2）方案设计和OTU分型分析很新颖。

锐翌基因服务

1）锐翌基因采用Illumina HiSeq PE250测序策略对16S rDNA 的V3-4区或多种单可变区进行测序，数据质量更高（Q30≥85%），而且测序通量显著提高；再加全面升级的分析内容，和高大上的网页版结题报告，给各位新老客户完美的测序体验。

2）宏基因组测序用的是最新的Illumina Hiseq平台，对宏基因组测序我们具有以下优势：

·全面的研究方案：对测序结果组装分析后，得到微生物群体基因组及功能、分析微生物群体中物种和基因的多样性和丰度，微生物菌落结构与宿主（或环境）之间的相互关系等。

·更合理的研究方法：在分析过程中，采用一些更为准确的方法，从而得到更为可靠的分析结果。

·新的分析方法：增加了最前沿的MGS等宏基因组分析的方法，对样品中的信息得到更大的解析。

供稿：刘婉辉

编辑：黄蓉