玉米器官组织内生细菌和真菌群落多样性

doi:10.11686/cyxb2024253

摘要/Abstract

摘要：

探究玉米不同组织微环境与内生菌多样性的关系，对筛选玉米相合性促生菌或生防菌等功能微生物具有重要意义。采用高通量测序技术研究玉米不同器官组织内生细菌和真菌群落多样性，结果表明，玉米内生细菌群落由31个门，93个纲，192个目，340个科，404个属组成。变形菌门和厚壁菌门为优势细菌门，毛螺菌属、根瘤菌属、肠杆菌属及鞘氨醇单胞菌属为优势细菌属，且部分内生细菌表现出不同程度的器官偏好性，表明部分细菌种群存在组织微环境内生专一性。对比各器官组织优势细菌属，根部独有的细菌属是细球菌属和绒毛杆菌属；籽粒中独有的细菌属是葡萄球菌属、绒毛杆菌属、代尔夫特菌属、短波单胞菌属、链球菌属和狭窄梭菌属；叶中独有的细菌群主要是假单胞菌属。玉米根、茎、叶微生物群落组成具有相似性，但与籽粒差异较大。玉米内生真菌群落由12个门，37个纲，84个目，187个科，404个属组成。子囊菌门、担子菌门和壶菌门为优势真菌门，被孢霉属和镰刀菌属为优势真菌属，罗兹菌门是根部独有的优势真菌群。玉米茎、叶和籽粒器官组织间真菌群落组成差异较小，但与根部差异较大。综上，玉米器官组织对内生菌的分布具有较大的影响，不同器官组织内生细菌群落组成差异显著，内生真菌群落组成差异不明显。

关键词: 玉米, 组织器官, 内生细菌, 内生真菌, 多样性

Abstract:

The relationship between the microenvironment of different tissues of maize and the diversity of endophytic bacteria is of great significance for screening functional microorganisms， such as compatible growth-promoting bacteria or biocontrol bacteria. In this study， high-throughput sequencing technology was used to investigate the diversity of endophytic bacterial and fungal communities in various maize organs and tissues. The results showed that the maize endophytic bacterial community comprised 31 phyla， 93 classes， 192 orders， 340 families， and 404 genera. Proteobacteria and Firmicutes were the dominant bacterial phyla， and Lachnospira， Rhizobium， Enterobacter， and Sphingomonas were the dominant bacterial genera. Some endophytic bacteria were more abundant in some organs than in others， indicating that some bacterial populations had endogenous specificity for particular tissue microenvironments. Comparing the dominant bacterial genera among various organs and tissues， the unique bacterial taxa in the roots were Micrococcus and uncultured_bacterium_f_Muribaculaceae. The unique bacterial taxa in the kernels were Staphylococcus， uncultured_bacterium_f_Muribaculaceae， Delftia， Brevundimonas， Streptococcus， and Clostridium_sensu_stricto_1. The unique bacterial group in the leaves was mainly Pseudomonas， and no unique bacterial genus was detected in the stems. Beta diversity analyses showed that the microbial community composition was similar in the roots， stems， and leaves of maize， but different in the grain. The endophytic fungal community of maize was composed of 12 phyla， 37 classes， 84 orders， 187 families， and 404 genera. Ascomycota， Basidiomycota and Chytridiomycota were the dominant fungal phyla， Mortierella and Fusarium were the dominant fungal genera， and Rozellomycota was the unique dominant fungal group in the roots. Beta diversity analyses showed that there was little difference in fungal community composition among stems， leaves， and grain of maize， but it was significantly different in the root. In summary， the distribution of endophytic bacteria differs among maize organs and tissues. Compared with the endophytic fungal community， the endophytic bacterial community showed wider variations among the different organs and tissues.

Key words: maize, tissue and organs, endophytic bacteria, endophytic fungi, diversity

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图/表 16

表1 细菌样品序列数统计、丰富度与多样性指数

Table 1 Statistics of sequence number， abundance and diversity index of bacterial samples

处理 Treatment	分类单元 Observed OTUs	有效序列 Effective sequence	香农-威纳指数 Shannon-Wiener index	辛普森指数 Simpson index	Chao1指数 Chao1 index	ACE指数 ACE index	覆盖度 Coverage
GN	1049±82a	73944±559a	8.47±0.30a	0.99±0.00a	1672.89±121.27a	1655.26±113.43b	0.99±0.00a
JN	913±73b	70993±4758a	8.21±0.33a	0.99±0.00a	1484.95±43.94b	2110.03±63.72a	1.00±0.00a
LN	658±28c	55470±3250b	8.35±0.11a	0.96±0.05a	956.66±44.63d	1353.57±26.21c	1.00±0.00a
YN	865±4b	53129±2415b	8.63±0.16a	0.99±0.00a	1181.34±2.69c	1645.59±123.73b	1.00±0.00a

图1 细菌样品稀释曲线GN：根Root； JN：茎Stem； LN：籽粒Grain； YN：叶Leaf. 下同The same below.

Fig.1 Rarefaction curves for bacterial samples

图2 不同器官组织内生细菌物种的Venn分析

Fig.2 Venn analysis of endophytic bacterial species in different organs and tissues

表2 真菌样品序列数统计、丰富度与多样性指数

Table 2 Sequence number statistics， abundance and diversity index of fungi samples

处理 Treatment	分类单元 Observed OTUs	有效序列 Effective sequence	香农-威纳指数 Shannon-Wiener index	辛普森指数 Simpson index	Chao1指数 Chao1 index	ACE指数 ACE index	覆盖度 Coverage
GN	1686±3a	474209±214a	8.60±0.02a	0.99±0.00a	1690.58±5.19a	1688.77±3.96a	1.00±0.00a
JN	1691±14a	467631±8577a	8.55±0.08a	0.99±0.00a	1698.81±5.87a	1693.88±11.25a	1.00±0.00a
LN	1681±12a	473974±970a	8.61±0.03a	0.99±0.00a	1690.58±9.04a	1683.94±10.11a	1.00±0.00a
YN	1689±13a	474064±362a	8.54±0.06a	0.99±0.00a	1690.33±12.66a	1689.44±13.20a	1.00±0.00a

图3 真菌样品稀释曲线

Fig.3 Rarefaction curves for fungal samples

图4 不同器官组织内生真菌物种的Venn分析

Fig.4 Venn analysis of endophytic fungi in different organs and tissues

图5 门分类水平下的细菌群落相对丰度

Fig.5 Relative abundance of bacterial community at phylum level

图6 目分类水平下的细菌群落相对丰度

Fig.6 Relative abundance of bacterial community at order level

图7 属分类水平下的细菌群落相对丰度

Fig.7 Relative abundance of bacterial community at the level of genus classification

图8 门分类水平下的真菌群落相对丰度

Fig.8 Relative abundance of fungal communities at the phylum level

图9 目分类水平下的真菌群落相对丰度

Fig.9 Relative abundance of fungal communities at the order level

图10 属分类水平下的真菌群落相对丰度

Fig.10 Relative abundance of fungal communities at the genus level

图11 不同器官组织细菌群落结构的非度量多维尺度分析当Stress 小于0.1 时，可认为是一个好的排序；当Stress 小于0.05 时，则具有很好的代表性；当Stress小于0.2时，表明NMDS分析具有一定的可靠性。坐标图上距离越近的样品，相似性越高。下同。When Stress is less than 0.1， it can be considered as a good order. When Stress is less than 0.05， it has a good representation； when Stress is less than 0.2， it shows that NMDS analysis has certain reliability. The closer the sample on the coordinate diagram， the higher the similarity. The same below.

Fig.11 NMDS of bacterial community structure in different organs and tissues

图12 器官组织真菌群落结构的非度量多维尺度分析

Fig.12 NMDS of fungal community structure in different organs and tissues

图13 不同器官组织内生细菌的物种网络分析

Fig.13 Network analysis of bacterial endophytes in different organs and tissues

图14 不同器官组织内生真菌的物种网络分析

Fig.14 Network analysis of fungal endophytes in different organs and tissues

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