水稻种子内生细菌多样性分析及核心微生物组的界定

摘要

随着对植物内生菌研究的不断深入，发现植物体内不仅具有非常丰富的微生物资源，而且这些内生菌本身还具有一定的有益功能，如促生、防病、降解有机污染物等，具有良好的农业应用前景。关于植物微生物组研究的难点之一是如何确定其核心微生物组，现有研究证实，植物种子内存在着丰富的细菌群落，这些群落可能会成为下一代植物内生细菌的来源，并在世代间进行传播。相对于植物的根际和叶际微生物，种子作为种子植物的繁殖器官，对其相关微生物的研究至今还十分薄弱，特别是对其种子内生细菌的研究尤为落后。本课题利用Illumina高通量测序技术对6个基因型的水稻亲代种子和其子代水稻根、茎、种子内生细菌及根际细菌进行调查，揭示水稻基因型与环境对水稻根、茎、种子内生细菌及根际细菌菌群结构与多样性的影响，并确定水稻种子内生细菌核心微生物菌群。此外，利用来源追踪方法探讨水稻内生细菌的来源，从而探讨水稻内生细菌是否可以垂直传播及其来源途径。取得了如下主要结果: a)基因型与环境对水稻内生细菌的影响:水稻各组织内生细菌α-多样性Shannon、Simpson和Chao指数以及主坐标分析结果显示:基因型对水稻根际细菌群落结构没有显著影响，但对水稻根、茎与种子内生细菌群落结构有显著影响;环境对水稻根、茎、种子内生细菌及根际细菌群落α-多样性、组成与结构均存在显著影响;环境变量对于种子内生细菌群落结构的塑造更加重要; b)水稻种子中的内生细菌资源十分丰富，在门水平，有3个优势菌群(丰度大于1％)，分别是变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria);在科水平，肠杆菌科(Enterobacteriaceae)为最优势科;Venn图结果表明亲代与子代种子内生细菌100％共有OTUs有13个，其中10个OTUs为泛菌属(肠杆菌科，变形菌门);而亲代与子代种子内生菌80％共有OTUs有111个，67个OTUs为泛菌属(43.68％)，这些OTUs均是生态网络中的关键节点，综上，水稻种子内生核心微生物组为泛菌属; c)来源追踪分析结果显示，水稻种子内生细菌通过根和茎在种子间垂直传播，并且推测子代种子内生细菌主要源于其上一代种子。