ВПЛИВ НА МЕТАГЕНОМ ҐРУНТУ НОВОГО ДЛЯ НАУКИ ВИДУ ЕНДОФІТУ VITASERGIA SVIDASOMA VS 1223 (IMB F-100106), ВИДІЛЕНОГО З ЧОРНОГО ТРЮФЕЛЯ

Ключові слова: метагеном ґрунту, Vitasergia svidasoma VS 1223 (IMB F-100106), біорегуляція, ендофіт, симбіоз.

Анотація

У статті наведено результати досліджень метагеному ґрунту розсадника горіхоплідних культур, де проводили обробку рослин дріжджовим грибом родини Debariomycetaceae Vitasergia svidasoma VS 1223 (IMB F-100106), який є діючим агентом препарату «Міковітал». За використання методики ампліконового секвенування 16S рРНК та ITS2 вивчено склад та структуру бактеріального та міцеліального угруповання у зразках досліджуваного ґрунту без обробки препаратом. Були отримані операційні таксономічні одиниці (OTU) шляхом кластеризації з ідентичністю 97% на ефективних тегах зразків, які були ідентифіковані. Для відображення складу мікроорганізмів та інформації про їх кількість та видове різноманіття у зразках було створено інтерактивну веб сторінку Heatmap із представленням таксономічних анотацій, що відповідають OTU. Результати свідчать, що основні функціональні гени бактерій у ґрунтах розсадника належать до трьох основних відділів Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes. Відділ Proteobacteria був широко представлений у необробленому препаратом «Міковітал» ґрунті через рід Echerichia, представники якого становили понад 87%. Після обробки видом Vitasergia svidasoma VS 1223 (IMB F-100106) їх кількість знизилась до 7%. У ризосферному мікробіомі горіха волоського виявлено 20 філумів бактерій, що нараховують 83 роди та 6 філумів грибів, які нараховують 100 родів грибів, а також некласифіковані послідовності, відносна частка яких у мікробіомі становила 3,04–7,86%. Аналіз таксономічної структури мікробіому на рівні філумів показав, що абсолютними домінантами були бактерії – 38,7–100%. Серед грибів відділ Ascomycota (41,01–93,17%), є абсолютним домінантом у обох екотопах. Крім того є представники відділів Basidiomycota (2,82–6,40%) та Monerelomycota (0,82–0,41%). У відділі Ascomycota, який містить найбільшу кількість мікоризоутворюючих грибів, збільшується їх представництво після застосування препарату «Міковітал», натомість зменшується кількість мікроміцетів-патогенів, токсиноутворювачів, збудників гнилей. Виявлено, що більш різноманітним став ризосферний мікробіом ґрунту за умов інокуляції рослин видом Vitasergia svidasoma VS 1223 (IMB F-100106).

Посилання

1. Altschul, S.F., Gish, W., Miller, W., Myers, E.W., & Lipman, D.J. (1990). Basic local alignment search tool. J Mol Biol, 215(3), 403–410. doi: 10.1016/S0022-2836(05)80360-2
2. Asnicar, F., Weingart, G., Tickle, T.L., Huttenhower, C., & Segata, N. (2015). Compact graphical representation of phylogenetic data and metadata with GraPhlAn. PeerJ, 3, e1029. doi: 10.7717/peerj.1029. PMID: 26157614; PMCID: PMC4476132.
3. Bahram, M., Hildebrand, F., Forslund, S.K., Anderson, J.L., Soudzilovskaia, N.A., Bodegom, P.M., Bengtsson-Palme, J., Anslan, S., Coelho, L.P., Harend, H., Huerta-Cepas, J., Medema, M.H., Maltz, M.R., Mundra S., Olsson, P.A., Pent M., Pоlme, S., Sunagawa, S., Ryberg, M., Tedersoo, L., & Bork, P. (2018). Structure and function of the global topsoil microbiome. Nature, 560(7717), 233–237. doi: 10.1038/s41586-018-0386-6
4. Baldrian, P. (2019). The known and the unknown in soil microbial ecology. FEMS Microbiol. Ecol., 95(2), fiz005. doi: 10.1093/femsec/fiz005
5. Bokulich, N.A., Subramanian, S., Faith, J., Gevers, D., Gordon, J.I., Knight, R., Mills, D.A., & Caporaso J.G. (2013). Quality-filtering vastly improves diversity estimates from Illumina amplicon sequencing. Nature methods, 10.1, 57–59. doi: 10.1038/nmeth.2276
6. Bulgarelli, D., Garrido-Oter, R., Munch, P. C., Weiman, A., Droge, J., Pan, Y., McHardy, A.C., & Schulze-Lefert, Р. (2015). Structure and function of the bacterial root microbiota in wild and domesticated barley. Cell Host Microbe, 17(3), 392–403. doi: 10.1016/j.chom.2015.01.011
7. Bulgarelli, D., Rott, M., Schlaeppi, K., Van Themaat, E.V.L., Ahmadinejad, N., Assenza, F., Rauf, P., Huettel, B., Reinhardt, R., Schmelzer, E., Peplies, J., Gloeckner, F.O., Amann, R., Eickhorst, T., & Schulze-Lefert P. (2012). Revealing structure and assembly cues for Arabidopsis root-inhabiting bacterial microbiota. Nature, 488, 91–95. doi: 10.1038/ nature11336
8. Caporaso, J.G., Kuczynski, J., Stombaugh, J., Bittinger, K., Bushman, F.D., Costello, E.K., Fierer, N., Peña, A.G., Goodrich, J.K., Gordon, J.I., Huttley, G.A., Kelley, S.T., Knights, D., Koenig, J.E., Ley, R.E., Lozupone, C.A., McDonald, D., Muegge, B.D., Pirrung, M., Reeder, J., Sevinsky, J.R., Turnbaugh, P.J., Walters, W.A., Widmann, J., Yatsunenko, T., Zaneveld, J., & Knight, R. (2010). QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data. Nat Methods, 7(5), 335–336. doi: 10.1038/nmeth.f.303
9. Caporaso, J.G., Lauber, C.L., Walters, W.A., Berg-Lyons, D., Lozupone, C.A., Turnbaugh, P.J., Fierer, N., & Knight, R. (2011). Global patterns of 16S rRNA diversity at a depth of millions of sequences per sample. Proc Natl Acad Sci USA., 108(Suppl 1), 4516–4522. doi: 10.1073/pnas.1000080107
10. Demyanyuk, O.S., Patyka, V.P., Sherstoboeva, О.V., & Bunas, A.A. (2018). Formation of the structure of microbiocenoses of soils agroecosystems depending on trophic and hydrothermic factors. Biosystems diversity, 26(2), 103–110. doi: 10.15421/011816
11. Demyanyuk, O., Symochko, L., & Shatsman, D. (2020). Structure and dynamics of soil microbial communities of natural and transformed ecosystems. Environmental Research, Engineering and Management, 76(4), 97–105. doi: 10.5755/ j01.erem.76.4.23508
12. DeSantis, T.Z.Jr., Hugenholtz, P., Keller, K., Brodie, E.L., Larsen, N., Piceno, Y.M., Phan, R., & Andersen, G.L. (2006). NAST: a multiple sequence alignment server for comparative analysis of 16S rRNA genes. Nucleic Acids Res, 34(Web Server issue), 394–399. doi: 10.1093/nar/gkl244
13. Dhiman, M., Sharma, L., Kaushik, P., Singh, A., & Sharma, M.M. (2022). Mycorrhiza: An Ecofriendly Bio-Tool for Better Survival of Plants in Nature. Sustainability, 14(16), 10220. doi: 10.3390/su141610220
14. Edgar, R.C. (2004). MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and high throughput. Nucleic Acids Res, 32(5), 1792–1797. doi: 10.1093/nar/gkh340
15. Edgar, R.C. (2013). UPARSE: highly accurate OTU sequences from microbial amplicon reads. Nature methods, 10, 996–998. doi; 0.1038/nmeth.2604
16. Edgar, R.C., Haas, B.J., Clemente, J.C., Quince, C., & Knight R. (2011). UCHIME improves sensitivity and speed of chimera detection. Bioinformatics, 27(16), 2194–2200. doi: 10.1093/bioinformatics/btr381
17. Egidi, E., Delgado-Baquerizo, M., Plett, J.M., Wang, J., Eldridge, D.J., Bardgett, R.D., Maestre, F.T., & Singh, B.K. (2019). A few Ascomycota taxa dominate soil fungal communities worldwide. Nat Commun, 10(1), 2369. doi: 10.1038/ s41467-019-10373-z
18. Finlay, R.D., Mahmood, S., Rosenstock, N., Bolou-Bi, E.B., Kоhler, S.J., Fahad, Z., Rosling, A., Wallander, H., Belyazid, S., Bishop, K., & Lian, B. (2020). Reviews and syntheses: Biological weathering and its consequences at different spatial levels – from nanoscale to global scale. Biogeosciences, 17, 1507–1533. doi: 10.5194/bg-17-1507-2020
19. Garcia, K., Doidy, J., Zimmermann, S.D., Wipf, D., & Courty, P.E. (2016). Take a trip through the plant and fungal transportome of mycorrhiza. Trends Plant Sci, 21, 937–950. doi: 10.1016/j.tplants.2016.07.010
20. Gregory, P.J. (2022). RUSSELL REVIEW. Are plant roots only “in” soil or are they “of” it? Roots, soil formation and function. European Journal of Soil Science, 73(1), e13219. doi: 10.1111/ejss.13219
21. Haas, B.J., Gevers, D., Earl, A.M., Feldgarden, M., Ward, D.V., Giannoukos, G., Ciulla, D., Tabbaa, D., Highlander, S.K., Sodergren, E., Methе, B., DeSantis, T.Z., Petrosino, J.F., Knight, R., & Birren, B.W. (2011). Chimeric 16S rRNA sequence formation and detection in Sanger and 454-pyrosequenced PCR amplicons. Genome research, 21(3), 494–504. doi: 10.1101/gr.112730.110
22. Hess, M., Sczyrba, A., Egan, R., Kim, T.W., Chokhawala, H., Schroth, G., Luo, S., Clark, D.S., Chen, F., Zhang, T., Mackie, R.I., Pennacchio, L.A., Tringe, S.G., Visel, A., Woyke, T., Wang, Z., & Rubin, E.M. (2011). Metagenomic discovery of biomass-degrading genes and genomes from cow rumen. Science, 331(6016), 463–467. doi: 10.1126/science.1200387
23. IPBES (2019). Summary for policymakers of the global assessment report on biodiversity and ecosystem services of the Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services. S. Díaz, J. Settele, E. S. Brondízio, H. T. Ngo, M. Guèze, J. Agard, A. Arneth, P. Balvanera, K. A. Brauman, S. H. M. Butchart, K. M. A. Chan, L. A. Garibaldi, K. Ichii, J. Liu, S. M. Subramanian, G. F. Midgley, P. Miloslavich, Z. Molnár, D. Obura, A. Pfaff, S. Polasky, A. Purvis, J. Razzaque, B. Reyers, R. Roy Chowdhury, Y. J. Shin, I. J. Visseren-Hamakers, K. J. Willis, and C. N. Zayas (eds.). IPBES secretariat, Bonn, Germany. 56 p. doi; 10.5281/zenodo.3553579
24. Jacoby, R., Peukert, M., Succurro, A., Koprivova, A., & Kopriva, S. (2017). The Role of Soil Microorganisms in Plant Mineral Nutrition-Current Knowledge and Future Directions. Front. Plant Sci, 8, 1617. doi: 10.3389/fpls.2017.01617
25. Kamel, L., Keller-Pearson, M., Roux, C., & Ane, J.M. (2017). Biology and evolution of arbuscular mycorrhizal symbiosis in the light of genomics. New Phytol, 213, 531–536. doi: 10.1111/nph.14263
26. Leake, J.R., & Read, D.J. (2017). Mycorrhizal symbioses and pedogenesis throughout earth’s history. In: Johnson N.C., Gehring C.A., Jansa J. (eds). Mycorrhizal mediation of soil: fertility, structure, and carbon storage. Elsevier, Amsterdam, 9–33. doi: 10.1016/B978-0-12-804312-7.00002-4
27. Locey, K.J., & Lennon, J.T. (2016). Scaling laws predict global microbial diversity. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 113(21), 5970–5975. doi: 10.1073/pnas.152129111 28. Magoс, T., & Salzberg, S.L. (2011). FLASH: fast length adjustment of short reads to improve genome assemblies. Bioinformatics, 27(21), 2957–2963. doi: 10.1093/bioinformatics/btr507
29. Malgioglio, G., Rizzo, G.F., Nigro, S., Lefebvre du Prey, V., Herforth-Rahmе, J., Catara, V., & Branca, F. (2022). Plant-Microbe Interaction in Sustainable Agriculture: The Factors That May Influence the Efficacy of PGPM Application. Sustainability, 14(4), 2253. doi: 10.3390/su14042253
30. Moеnne-Loccoz, Y., Mavingui, P., Combes, C., Normand, P., Steinberg, C. (2015). Microorganisms and Biotic Interactions. In: Bertrand, J.C., Caumette, P., Lebaron, P., Matheron, R., Normand, P., & Sime-Ngando, T. (eds). Environmental Microbiology: Fundamentals and Applications. Springer, Dordrecht. doi: 10.1007/978-94-017-9118-2_11
31. Nazarovets, U.R., & Oliferchuk, V.P. (2013). Mikotrofnist deiakykh trav’ianykh roslyn na gruntakh Podorozhnenskoi sirchanoi kopalni [Mycotrophicity of some herbaceous plants on the soils of the Podorozhnensk sulfur mine]. Naukovyi visnyk NLTU Ukrainy, 23.6, 174–181. (in Ukrainian).
32. Oliferchuk, V., Kendzora, N., Shukel, I., Samarska, M., & Olejniuk-Puchniak, O. (2023). The role of V-strategist endophytes in stimulating the formation of mycorrhizal interactions and soil regeneration, BOOK TITLE: Symbiosis in Nature, 269–2023. doi: 10.5772/intechopen.109912
33. Oliferchuk, V.P., & Oliferchuk, S.P. (2016). Patent 111174 (19) UA (51) MPK A01 N 63/04(2006. 01) C12N 1/14 (2006.01). Kompleksnyi biolohichno aktyvnyi preparat dlia rehuliatsii rozvytku ta rostu roslyn na osnovi sporovoi suspenzii hrybiv-mikoryzoutvoriuvachiv “Mikovital” [A complex biologically active preparation for regulating the development and growth of plants based on a spore suspension of mycorrhizal fungi “Mykovital”]. zaiavl. 26.02.2016, opubl. 10.11.2016, Biul. № 21. (in Ukrainian).
34. Oliferchuk, V., & Shukel, І. (2022). Struktura kompleksiv mikromitsetiv u ekotopakh sirchanykh kar’ieriv zakhidnoho rehionu Ukrainy [Тhe structure of micromycetes complexes in the ecotopes of sulfur quarries in the western region of Ukraine]. Zbalansovane pryrodokorystuvannia, 4, 129–140 (in Ukrainian). doi: 10.33730/2310-4678.4.2022.275849
35. Quast, C., Pruesse, E., Yilmaz, P., Gerken, J., Schweer, T., Yarza, P., Peplies, J., & Glоckner, F.O. (2013). The SILVA ribosomal RNA gene database project: improved data processing and web-based tools. Nucleic Acids Res, 41(Database issue), 590–596. doi: 10.1093/nar/gks1219
36. Smith, S.E., & Smith, F.A. (2011). Roles of arbuscular mycorrhizas in plant nutrition and growth: new paradigms from cellular to ecosystem scales. Annu. Rev. Plant Biol, 62, 227–250. doi: 10.1146/annurev-arplant-042110-103846
37. Turner, T.R., Ramakrishnan, K., Walshaw, J., Heavens, D., Alston, M., Swarbreck, D., Osbourn, А., Grant, А., & Poole, Р.S. (2013). Comparative metatranscriptomics reveals kingdom level changes in the rhizosphere microbiome of plants. ISME J, 7, 2248–2258. doi: 10.1038/ismej.2013.119
38. Udvardi, M., & Poole, P.S. (2013). Transport and metabolism in legume-rhizobia symbioses. Annu. Rev. Plant Biol, 64, 781–805. doi: 10.1146/annurev-arplant-050312-120235
39. Wang, Q., Garrity, G.M., Tiedje, J.M., & Cole, J.R. (2007). Naive Bayesian classifier for rapid assignment of rRNA sequences into the new bacterial taxonomy. Appl Environ Microbiol, 73(16), 5261–5267. doi: 10.1128/AEM.00062-07
40. Youssef, N., Sheik, C.S., Krumholz, L.R., Najar, F.Z., Roe, B.A., & Elshahed, M.S. (2009). Comparison of species richness estimates obtained using nearly complete fragments and simulated pyrosequencing-generated fragments in 16S rRNA gene-based environmental surveys. Applied and environmental microbiology, 75(16), 5227–5236. doi: 10.1128/ AEM.00592-09
41. Zgadzaj, R., Garrido-Oter, R., Jensen, D.B., Koprivova, A., Schulze-Lefert, P., & Radutoiu, S. (2016). Root nodule symbiosis in Lotus japonicus drives the establishment of distinctive rhizosphere, root, and nodule bacterial communities. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 113, 7996–8005. doi: 10.1073/pnas.1616564113
Опубліковано
2023-06-09
Як цитувати
Оліферчук, В. П., Федорович, Д. В., Самборський, М. В., & Самарська, М. І. (2023). ВПЛИВ НА МЕТАГЕНОМ ҐРУНТУ НОВОГО ДЛЯ НАУКИ ВИДУ ЕНДОФІТУ VITASERGIA SVIDASOMA VS 1223 (IMB F-100106), ВИДІЛЕНОГО З ЧОРНОГО ТРЮФЕЛЯ. Вісник Сумського національного аграрного університету. Серія: Агрономія і біологія, 51(1), 79-89. https://doi.org/10.32782/agrobio.2023.1.10