基于传统分离和高通量测序的健康和患锈腐病西洋参根际土壤微生物群落分析

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2023.02.006

山东科学 ›› 2023, Vol. 36 ›› Issue (2): 41-49.doi: 10.3976/j.issn.1002-4026.2023.02.006

基于传统分离和高通量测序的健康和患锈腐病西洋参根际土壤微生物群落分析

李玲玉¹^,²(), 黄璐琦^3a, 李政⁴, 王晓¹, 刘伟¹, 张华敏^3a, 马春霞¹^,^3a^,^3b^,^3c^,^*()

1.齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省分析测试中心,山东济南 250014
2.山东农业大学食品科学与工程学院山东省高校食品加工技术与质量控制重点实验室,山东泰安 271018
3.中国中医科学院 a.中药资源中心道地药材国家重点实验室培育基地;b. 中药研究所;c.博士后流动站中国中医科学院博士后管理办公室,北京 100700
4.山东省生态环境规划研究院,山东济南 250101

收稿日期:2022-07-05 出版日期:2023-04-20 发布日期:2023-04-11
通信作者: *马春霞,女,助理研究员,研究方向为微生物学。Tel:18753162707,E-mail: machunxia8927@163.com E-mail:sdnydxlly@163.com;machunxia8927@163.com
作者简介:李玲玉(1996—),女,博士研究生,研究方向为农产品加工与贮藏。E-mail: sdnydxlly@163.com
基金资助:
中央本级重大增减支项目(2060302)

Analysis of microbial communities of healthy and rusty root-rot Panax quinquefolium L. rhizosphere soil using traditional isolation and high-throughput sequencing

LI Lingyu¹^,²(), HUANG Luqi^3a, LI Zheng⁴, WANG Xiao¹, LIU Wei¹, ZHANG Huamin^3a, MA Chunxia¹^,^3a^,^3b^,^3c^,^*()

1. Shandong Analysis and Test Center, Qilu University of Technology(Shandong Academy of Sciences), Jinan 250014, China
2. Key Laboratory of Food Processing Technology and Quality Control of Shandong Higher Education Institutes, College of Food Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai'an 271018, China
3. a. State Key Laboratory Breeding Base of Dao-di Herbs, National Resource Center for Chinese Materia Medica; b. Institute of Chinese Materia Medica; c. Postdoctoral Management Office of China Academy of Chinese Medical Sciences, Mobile Post-Doctoral Stations, China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100700, China
4. Shandong Academy for Environmental Planning, Jinan 250101, China

Received:2022-07-05 Online:2023-04-20 Published:2023-04-11

摘要/Abstract

摘要：

探究健康和患锈腐病西洋参根际土壤微生物的群落多样性和可培养菌株分离,以期为西洋参锈腐病发生机制及防控提供参考。利用传统分离技术和高通量测序技术分析健康和患锈腐病西洋参的根际土壤,探究其微生物的群落组成及多样性变化。经由传统分离技术合计得到24株细菌和25株真菌,优势菌属包括假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)和青霉菌属(Penicillium)。高通量测序结果显示,健康和锈腐病土壤中细菌群落均以蓝细菌门(Cyanobacteria)和变形门(Proteobacteria)为主;患锈腐病组有所降低的为蓝细菌门(Cyanobacteria)、软壁菌门(Tenericutes)和变形菌门(Proteobacteria),大幅上调的为拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)与厚壁菌门(Firmicutes)。健康和锈腐病土壤内所含的真菌群落以子囊菌门(Ascomycota)为主,被锈腐病感染后有所上调的为担子菌亚门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)与被孢霉门(Mortierellomycota)。感染锈腐病根际土壤细菌多样性明显减少。研究表明健康和锈腐病土壤微生物群落组成与数量明显不同,为西洋参锈腐病的发病机制及防控技术提供了理论依据。

关键词: 西洋参, 根际土壤, 细菌和真菌, 锈腐病, 高通量测序, 传统分离方法

Abstract:

To investigate the diversity of microbial communities and to obtain culturable strains from healthy and rusty root-rot rhizosphere soil samples of Panax quinquefolius L., it is necessary to provide a reference for the occurrence mechanism and prevention and control strategies for rusty root-rot. Traditional isolation and high-throughput sequencing were used for analyzing the healthy and rusty root-rot soil samples of Panax quinquefolius L. to explore their structural composition and diversity. In total, 24 strains of bacteria and 25 strains of fungi were isolated using the traditional isolation techniques, and the dominant genera were Pseudomonas, Bacillus, and Penicillium. The results of Illumina Miseq high-throughput sequencing revealed that Cyanobacteria and Proteobacteria dominated the bacterial communities in the healthy and rusty root-rot soil samples. Notably, the phylum proportions of Cyanobacteria, Proteobacteria, and Tenericutes in the rusty root-rot soil samples significantly decreased, whereas those of Bacteroidetes, Actinobacteria, Firmicutes, and Acidobacteria significantly increased. Furthermore, the bacterial diversity of the infected rusty root-rot rhizosphere soil decreased significantly. In conclusion, the composition and quantity of soil microbial communities were significantly different between the healthy and rusty root-rot soil samples, and this provides a theoretical basis for the study of the occurrence mechanism and prevention and control strategies for rusty root-rot Panax quinquefolium L.

Key words: Panax quinquefolium L., rhizosphere soil, bacteria and fungi, rusty root-rot, high-throughput sequencing, traditional isolation methods

中图分类号:

S567

李玲玉, 黄璐琦, 李政, 王晓, 刘伟, 张华敏, 马春霞. 基于传统分离和高通量测序的健康和患锈腐病西洋参根际土壤微生物群落分析[J]. 山东科学, 2023, 36(2): 41-49.

LI Lingyu, HUANG Luqi, LI Zheng, WANG Xiao, LIU Wei, ZHANG Huamin, MA Chunxia. Analysis of microbial communities of healthy and rusty root-rot Panax quinquefolium L. rhizosphere soil using traditional isolation and high-throughput sequencing[J]. Shandong Science, 2023, 36(2): 41-49.

图/表 7

表1

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图2

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表5

参考文献 16

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类别	菌属	菌种	菌种中文名称	数量	序号
健康土壤组	短杆菌属	Brevibacterium frigoritolerans	耐寒短杆菌	2	1, 2
	芽孢杆菌属	Bacillus pacificus	太平洋芽孢杆菌	3	3, 12, 13
		Bacillus depressus	凹陷芽孢杆菌	1	4
		Bacillus acidiceler	酸快生芽孢杆菌	2	6, 11
		Bacillus mesonae	凉粉草芽孢杆菌	1	10
		Bacillus cereus	蜡状芽孢杆菌	1	14
		Bacillus toyonensis	东京芽孢杆菌	1	16
		Bacillus marisflavi	黄海芽孢杆菌	1	17
	类芽孢杆菌属	Paenibacillus lactis	乳酸类芽孢杆菌	1	5
	类芽孢杆菌属	Paenibacillus taichungensis	台中类芽孢杆菌	1	7
	赖氨酸芽孢杆菌属	Lysinibacillus pakistanensis	无	1	8
	赖氨酸芽孢杆菌属	Lysinibacillus fusiformis	纺锤形赖氨酸芽孢杆菌	1	9
	节杆菌属	Arthrobacter silviterrae	无	1	15
锈腐病土壤组	寡养单胞菌属	Stenotrophomonas rhizophila	嗜根寡养单胞菌	1	18
	根瘤菌属	Rhizobium nepotum	无	1	19
	假单胞菌属	Pseudomonas brenneri	布氏假单胞菌	1	20
		Pseudomonas koreensis	韩国假单胞菌	1	21
		Pseudomonas grimontii	无	2	22, 23
	芽孢杆菌属	Bacillus cereus	蜡状芽孢杆菌	1	24

类别	菌属	菌种	菌种中文名称	数量	序号
健康土壤组	帚枝霉属	Sarocladium strictum	紧密帚枝霉	1	25
	青霉属	Penicillium raperi	无	2	26, 38
		Penicillium ortum	无	1	27, 32
		Penicillium oxalicum	无	1	30
		Penicillium cremeogriseum	无	1	33
	不整孢菌属	Plectosphaerella niemeijerarum	无	2	28
	枝顶孢属	Acremonium egyptiacum	无	1	29, 37
	毛霉菌属	Mucor moelleri	无	1	31
	曲霉属	Aspergillus versicolor	无	1	34
	链格孢属	Alternaria alstroemeriae	无	1	35
	锥毛壳属	Coniochaeta canina	无	1	36
	镰刀菌属	Fusarium falciforme	无	1	39
锈腐病土壤组	链格孢属	Alternaria alternate	无	2	40, 41
	伞状霉属	Umbelopsis vinacea	无	2	42, 46
	篮状菌属	Talaromyces helicus	无	1	43
	篮状菌属	Talaromyces verruculosus	无	1	44, 49
	毛壳菌属	Chaetomium lentum	无	1	45
	青霉属	Penicillium ilerdanum	无	1	47
	未培养属	Uncultured fungus	无	1	48

类群	总序列数/条	分类注释序列/条	未分类序列/条	未聚类序列/条	OTUs数/个
细菌	75 975	74 329	5	1 641	1 138
真菌	71 075	68 907	44	2 124	116

健康组		锈腐病组
细菌名称	相对丰度/%	细菌名称	相对丰度/%
蓝细菌门(Cyanobacteria)	69.40	蓝细菌门(Cyanobacteria)	55.61
变形门(Proteobacteria)	9.32	拟杆菌门(Bacteroidetes)	11.95
厚壁菌门(Firmicutes)	0.84	变形门(Proteobacteria)	5.71
放线菌门(Actinobacteria)	0.82	放线菌门(Actinobacteria)	1.17
软壁菌门(Tenericutes)	0.66	厚壁菌门(Firmicutes)	1.14
酸杆菌门(Acidobacteria)	0.46	衣原体门(Chlamydiae)	0.87
拟杆菌门(Bacteroidetes)	0.43	酸杆菌门(Acidobacteria)	0.79
		疣微菌门(Verrucomicrobia)	0.79
		未明确细菌门(unidentified Bacteria)	0.43

样品	细菌群落				真菌群落
样品	Chao1	ACE	Shannon	Simpson	Chao1	ACE	Shannon	Simpson
h.1	642.240	721.451	1.889	0.531	118.000	123.665	1.823	0.480
h.2	1 315.991	1 409.744	3.092	0.654	138.273	129.343	1.306	0.360
h.3	559.857	604.581	1.788	0.533	58.071	60.338	0.917	0.248
r.1	1 607.267	1 638.178	3.870	0.700	151.559	182.789	1.818	0.465
r.2	1 268.550	1 295.635	3.537	0.698	134.500	144.014	1.342	0.361
r.3	1 377.013	1 389.246	4.691	0.798	61.000	63.322	1.073	0.285

基于传统分离和高通量测序的健康和患锈腐病西洋参根际土壤微生物群落分析

Analysis of microbial communities of healthy and rusty root-rot Panax quinquefolium L. rhizosphere soil using traditional isolation and high-throughput sequencing

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