科研 | ISME ：植物生物钟对根际群落结构和功能的影响
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植物可以改变土壤的理化性质，从而影响根际微生物群落结构。微生物群落结构可能也会反过来影响植物性能。
论文ID
原名：The plant circadian clock influences rhizosphere community structure and function
译名：植物生物钟对根际群落结构和功能的影响
期刊：The ISME Journal
IF：9.520
发表时间：2017年
通信作者：Charley J Hubbard
通信作者单位：怀俄明大学
实验设计
作者对植物生物钟在塑造根际微生物群落结构和功能中的作用进行探究。通过16s基因测序技术分析白天和夜晚作物的根际细菌群落，并测试野生型（Ws）与突变基因型（toc1-21，ztl-30）之间的微生物群落结构差异，并测量植物性能来表征微生物群落功能。
实验内容
在质量过滤、嵌合体去除、挑选OTU和异常样品过滤后10250881个原始读数中总共有3700000个高质量读数。
实验1：根际群落结构的时间变化
作者观察到白天和夜间根际细菌群落结构存在显着差异。在7月21日18:00和06:00间OTU丰度变化与7月22日06:00和18:00间OTU丰度变化呈正相关。这种关系表明，许多常见OTU相对丰度在昼夜时间点之间以相似的方式发生变化（图1b）。
图1日夜时间点对根际群落结构的影响
实验2：根际群落结构的部分驱动因素
根际微生物群落组成、丰度和多样性在基因型间存在差异（图2）。根据Jaccard分析，Ws、toc1-21和ztl-30根际群落彼此存在显着差异（图2a）。Bray-Curtis相对丰度分析揭示了三种基因型根际的群落差异，其中toc1-21群落与Ws和ztl-30群落不同，而Ws和ztl-30群落间没有显着差异（图2）。该结果表明，低于24小时时段长度的根际微生物OTU丰度特异性发生变化。toc1-21与Ws相比，根际群落的Shannon多样性指数、丰富度和均匀度显着降低（图2c）。
当OTU读数缩减为4500时，Jaccard和Bray-Curtis的分析结果差异显著，观察到的三种植物基因型之间的差异，以及toc1-21与Ws和ztl-30之间OTU丰度差异。群落结构组成和丰度表现出显着差异，表明植物基因型对微生物群落会产生影响（图3c和d）。分析OTU数据发现Ws与ztl-30之间差异显着（参见图2b与3d）。
IVA和Lefse分析结果确定了Ws根际相关的13个指示OTU，toc1-21根际相关的12个指示OTU，以及ztl-30根际相关的12个指示OTU（图4）。由于IVA分析对菌群更为敏感，因此利用稍微不同的OTU作为宿主植物基因型的生物标记。然而值得注意的是，IVA和Lefse确定的OTU之间存在群落分类重叠。换言之IVA鉴定的分类群与Lefse鉴定的分类群在系统发育上存在相关性。例如在与Ws根际相关的13个指示剂OTU中，六个分类群是酸性杆菌门的成员，两个分类群是绿弯菌门的成员。根据以前的研究已知一些细菌门类（酸杆菌和绿弯菌门）和属能够促进作物生长。
图2时钟功能改变了根际群落的组成、丰度和多样性
图3 植物基因型对普通和罕见根际分类群落的影响
图4基于（a）IVA和（b）Lefse分析的OTU
实验3：根际群落对植物性能的响应
土壤种植历史对早期植物性能会产生显著影响（图5）。在具有Ws植物历史的土壤中生长的野生型植物具有更大的玫瑰花直径。在3周生长结束时，在由每种基因型调节土壤中生长的Ws植物的大小仅略有不同。在相似设计的发芽实验中，具有Ws接种盆中的Ws种子比种植在具有toc1-21接种物的盆中的种子平均提早5.2天发芽，比种植到zt1-30接种盆中的种子早5.7天。
图5 土壤上层植物生长情况
实验结论
实验结果表明根际群落结构在白天和夜晚时间点之间发生变化，生物钟显着改变了根际细菌群落。野生型与突变基因型相比，具有野生型的生长历史的土壤中接种野生型能更早发芽并且长势更好。表明植物宿主的生物钟会影响根际细菌群落的结构和功能。
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