2017-05-19
最近，派森諾生物再次與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)沈其榮教授課題組合作，在土壤學(xué)領(lǐng)域老牌期刊《Soil Biology & Biochemistry》發(fā)表文章（最新影響因子4.152），揭示了土壤中真菌菌群在抑制鐮刀菌枯萎病的過程中所起的重要保護作用。
研究背景
香草是一種高價值的經(jīng)濟作物，被廣泛種植于熱帶和亞熱帶地區(qū)，但是香草作物卻受到鐮刀菌枯萎病的嚴重威脅，會導(dǎo)致香草作物的嚴重減產(chǎn)，而主要病因是一種名為尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）的真菌。由于香草屬于單一作物，一旦鐮刀菌枯萎病爆發(fā)，長期種植香草將會導(dǎo)致土壤中鐮刀病病原體的累積。雖然通過作物輪作的方式可以改善這一情況，但是需要耗費大量的財力物力人力，在現(xiàn)實種植業(yè)中非常不現(xiàn)實。
研究目的
根據(jù)先前的實地考察研究，中國海南島上種植的香草的鐮刀菌枯萎病發(fā)病率很低，即使經(jīng)過長達數(shù)十年的香草種植，土壤中鐮刀菌病原微生物的含量仍保持低水平。為了探明該地區(qū)土壤對香草鐮刀菌枯萎病的抑制作用，同時為了解決鐮刀菌枯萎病對香草作物的損害以及連帶的經(jīng)濟影響，本研究將該地區(qū)土壤與高發(fā)病率區(qū)域的土壤進行相互比較，從而闡明土壤菌群的組成結(jié)構(gòu)與香草鐮刀菌枯萎病發(fā)病率之間的相互關(guān)系。
研究方法
測序技術(shù)：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序模式：細菌16S rRNA基因V4區(qū)和真菌ITS1區(qū)測序
實驗對象：香草種植土壤樣品
實驗設(shè)計：土壤樣品分別取自兩個不同果園的香草連續(xù)種植地（均超過20年），兩者在鐮刀菌枯萎病的發(fā)病率上有顯著差別，Gaolong（為抑制型土壤S）的發(fā)病率低，Xinglong（為患病型土壤C）的發(fā)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(jié)果
本研究中，分別對18份樣品進行土壤理化性質(zhì)檢測、Fusarium oxysporum數(shù)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。
兩個果園香草種植土壤樣品的理化性質(zhì)
對土壤的理化性質(zhì)進行檢測，并比較兩個果園土壤性質(zhì)的差異可知，抑制型土壤中的OM總量和N、P、Fe成分顯著高于患病型土壤，而pH值、EC和K成分卻顯著低于病型土壤。F. oxysporum病原體在兩種土壤中都存在，但是在患病型土壤中的含量幾乎達到抑制型土壤的兩倍。
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(fā)病率進行比較發(fā)現(xiàn)，S的發(fā)病率為11%，SC的發(fā)病率為27%，C的發(fā)病率為70%，S和SC組的發(fā)病率相較C組都具有顯著差異，而S90C組的發(fā)病率與C組相比只有略微下降，統(tǒng)計學(xué)差異不顯著。
對抑制型土壤和患病型土壤進行多樣性指數(shù)分析可知，抑制型土壤中真菌豐度和多樣性遠高于患病型土壤（差異顯著），而患病型土壤則具有更高的細菌多樣性。同時，UniFrac PCoA分析也表明，兩種土壤的真菌和細菌菌群均存在顯著差異。
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(yōu)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(yōu)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。
對真菌和細菌群落中豐度前40的屬進行LEfse分析，通過LDA得分值可知，在真菌中有10個屬具有顯著差異，其中6個在抑制型土壤中被富集；而在細菌中有26個屬具有顯著差異，其中有19個在患病型土壤中豐度更高。
真菌菌群的網(wǎng)絡(luò)分析顯示真菌物種間的相互作用關(guān)系。其中抑制型土壤和患病型土壤的OTU節(jié)點數(shù)分別為225和230，每個節(jié)點的平均連接度為6.85和5.48，平均路徑長度分別為3.28和2.42，平均聚類系數(shù)分別為0.34和0.27，并且正相關(guān)與負相關(guān)比例分別為15.76和1.68，表明抑制型土壤相較患病型土壤中真菌菌群之間具有更多的相互促進關(guān)系。
總結(jié)
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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，除了眾所周知的病原體Fusarium oxysporum外，Fusarium pseudensiforme在疾病發(fā)生發(fā)展過程中也起到關(guān)鍵作用。這一研究結(jié)果，不但具有科學(xué)研究意義，同時也有助于香草種植產(chǎn)業(yè)對土壤進行靶向優(yōu)化。
本研究的測序和數(shù)據(jù)分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
文章索引：
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
原文鏈接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071717300664
