16S测序技术助力澳大利亚湿硬叶林土壤微生物多样性研究

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中科院生态环境中心研究人员与千年基因合作,运用高通量测序技术,揭示长期反复火烧对澳大利亚森林中细菌群落组成和结构的影响,为判断火烧后微生物群落的响应情况提供理论依据。该项研究成果于2016年1月20日发表在Scientific Reports杂志(影响因子为5.578)。

研究背景

火烧会破坏森林生态系统的植物群落结构和碳源循环,也会降低真菌和细菌的生物量。为了研究火烧对微生物生态系统的主要影响,研究人员采用高通量测序16S的方法,鉴定了微生物的组成和丰度,发现了火烧对细菌种群的主要影响。

材料与方法

材料:每两年火烧后土壤B2,每四年火烧后土壤B4,未经火烧土壤B0

方法:提取土壤总DNA使用罗氏454平台测序

结果与分析

测序结果:从24个样本中共得到43,8678条序列,将使用F515/R806引物扩增测序后的序列利用Mothur 1.30.1版进行数据质控及分析,对各样本的序列基于相似度大于97%以上进行聚类并获得的OTU进行物种注释,通过计算ChaoI指数来评估样本内部群落的丰富度,通过计算Shannon指数对各个样本中物种组成的丰富度和均匀性进行综合考量。

16S测序技术助力澳大利亚湿硬叶林土壤微生物多样性研究

图1. 基于16S序列分析出的alpha多样性分析结果

土壤的化学特性:

经常的火烧会使土壤的化学性质发生较大改变,比如碳含量(TC),氮含量(TN),水份,溶解有机碳(DOC),溶解有机氮(DON),微生物碳含量(MBC)等在B2中会远低于B4和B0,pH值则反之。深层土壤B4和B0的TC,TN,DOC,DON等则会低于表层土壤。如下表所示。

表1. 不同火烧处理下的土壤化学特性16S测序技术助力澳大利亚湿硬叶林土壤微生物多样性研究

细菌的16S组成和丰度:

采用标准流程分析获得各个样本的物种相对丰度的结果,主要以柱形图的形式列出不同分类水平上,不同类群在各个样本中所占的比例大小。发现酸杆菌门为优势菌群,在不同处理中均占到了总序列的36%-42%。疣微菌门为第二优势菌群,占到了24%-39%,而变形菌门则占到了12%-23%。

16S测序技术助力澳大利亚湿硬叶林土壤微生物多样性研究

图2. 不同土壤样本间的微生物物种组成柱形图

在OTU水平上分析发现,所有未经火烧土壤B0的细菌OTU会多于经过烧过的B2和B4。而与B4相比,在B2中疣微菌门显示出高度可变的响应。

图3. B4和B2分别与B0的OTU比较

16S测序技术助力澳大利亚湿硬叶林土壤微生物多样性研究

结论

1.经常火烧会严重影响土壤中细菌的alpha多样性,尤其是表层土壤。

2.非度量多位尺度分析(NMDS)表明在不同火烧频率和土壤深度之间,细菌的群落组成存在明显差异。

3.在经常火烧的土壤B2中,土壤的pH和碳氮比是影响微生物群落结构的主要因素,在不经常火烧的B4和B0中主要影响因素则是EC,DOC,DON等因素。

4.该研究提出火烧会影响细菌物种多样性但不影响丰度。

原文链接:http://www.macrogencn.com/_d277150748.htm

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