銀杏樹細菌群落的空間結構

Spatial structuring of bacterial communities within individual Ginkgo biloba trees?

Jonathan W. Leff,1,2 Peter Del Tredici,3 William E. Friedman3,4 and Noah Fierer1,2*

Environmental Microbiology (2015) 17(7), 2352–2361

doi:10.1111/1462-2920.12695

植物相關微生物以多種方式影響宿主的健康,但這些生物在個體植物內的分布仍然知之甚少。為了解決這一知識差距擎鸠,我們評估了單個銀杏樹地上組織中細菌群落多樣性和組成的空間變異性恩静。我們從每棵樹>100個位置采樣細菌群落疾掰,包括葉蝌蹂,枝和樹干樣本款慨,并使用16S rRNA基因的高通量測序來確定這些群落的多樣性和組成胖烛。樹皮和葉子樣品之間的細菌群落結構差異很大挫以,樹皮樣品具有更大的細菌多樣性和不同于葉子的群落組成者蠕。在樣本類型中,我們觀察到細菌多樣性和群落組成的清晰空間模式掐松,這些模式對應于樣本與樹外部的接近程度蠢棱。在樹上發(fā)現(xiàn)的細菌群落的組成是高度可變的,但是這種可變性是可預測的并且取決于采樣位置甩栈。此外泻仙,這項工作強調了在表征與植物相關的微生物群落及其對植物宿主的影響時仔細考慮植物空間結構的重要性。



圖量没。1玉转。(A) 箱形圖顯示了所采樣的銀杏組織類型的系統(tǒng)發(fā)育豐富度分布。在稀釋至每個樣品575個序列后估計豐富度殴蹄。(B) 樹皮和葉片樣品中樹木細菌系統(tǒng)發(fā)育豐富度的空間變異究抓。陰影基于平均樣本值(由圓圈表示)之間的線性插值,紅色表示更大的多樣性袭灯,藍色表示更低的多樣性刺下。在計算三棵樹上給定位置的平均豐富度值之前,調整樣本位置的圖形表示以適應三棵重復樹之間的細微變化稽荧。左右分支分別大致向南和向北延伸橘茉。結果基于分別針對樹皮和葉子的每個樣品稀疏至575和200個序列的樣品


圖2。熱圖顯示了這些分類群的中位數(shù)相對豐度≥ 任何樣品類型中1%的序列讀數(shù)姨丈。不同樣本類型的相對豐度存在顯著差異(Bonferroni校正P≤ 0.001)用星號表示畅卓。顏色被縮放到每行中的值的范圍。


圖3蟋恬。主坐標分析(PCoA)圖顯示取自不同組織類型的樣品的相對相似性翁潘。這個排序是從未加權的UniFrac距離創(chuàng)建的。


圖4歼争。樹枝和樹干采樣點的示意圖拜马,陰影表示這些表面上四個主要門的相對豐度。左右分支分別大致向南和向北延伸沐绒。

結論

隨著以前的工作表明隨著時間的推移(Redford和Fierer俩莽,2009),植物物種之間(Redford等洒沦,2010豹绪;Kembel等,2014)以及植物的地理位置(Finkel等,2012)瞒津,這項研究表明植物相關的微生物群落在個體植物內也表現(xiàn)出高度的變異蝉衣。例如,我們觀察到的單個銀杏樹不同地點優(yōu)勢門相對豐度的差異與不同樹種葉片上觀察到的門級豐度差異相當(Redford et al巷蚪。病毡,2010)。我們的研究結果還表明屁柏,這些不同細菌類群在單個樹木上的分布是可預測的啦膜,植物組織之間的群落組成不同,并且在與它們的解剖結構相關的單個樹木內表現(xiàn)出強烈的空間模式淌喻。因此僧家,正如單個前額皮膚樣本不足以表征在個體上和個體中發(fā)現(xiàn)的細菌群落(Costello等人,2009)裸删,來自樹的單個樣本不能充分表征整個樹的細菌群落八拱。在研究植物-微生物關系并試圖了解這些植物相關微生物對植物健康的影響時,應考慮這種可預測的空間變化涯塔。


統(tǒng)計分析和可視化

使用箱形圖和方差分析(ANOVA)評估樣本類型之間多樣性的差異肌稻,而使用主坐標分析和置換多變量方差分析(PERMANOVA)評估群落組成的差異。在ANOVA和PERMANOVA模型中匕荸,樣本類型被包括作為固定因子爹谭,并且樹個體被包括作為隨機效應。對于樣本類型之間的成對比較榛搔,在PERMANOVA函數(shù)內使用事后檢驗诺凡。二維線性插值用于使用R中的'akima'包(R Core T eam,2013)可視化單個模型樹上的空間模式药薯。使用Kruskal-Wallis檢驗和Bonferroni校正確定樣品類型中單個細菌類群的相對豐度的顯著差異绑洛。使用R(R Core T eam,2013)進行單變量分析和主坐標分析童本,并使用引物6(Clarke和Gorley,2006)進行PERMANOVA脸候。

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