银杏树细菌群落的空间结构

Spatial structuring of bacterial communities within individual Ginkgo biloba trees 

Jonathan W. Leff,1,2 Peter Del Tredici,3 William E. Friedman3,4 and Noah Fierer1,2*

Environmental Microbiology (2015) 17(7), 2352–2361

doi:10.1111/1462-2920.12695

植物相关微生物以多种方式影响宿主的健康，但这些生物在个体植物内的分布仍然知之甚少。为了解决这一知识差距，我们评估了单个银杏树地上组织中细菌群落多样性和组成的空间变异性。我们从每棵树>100个位置采样细菌群落，包括叶，枝和树干样本，并使用16S rRNA基因的高通量测序来确定这些群落的多样性和组成。树皮和叶子样品之间的细菌群落结构差异很大，树皮样品具有更大的细菌多样性和不同于叶子的群落组成。在样本类型中，我们观察到细菌多样性和群落组成的清晰空间模式，这些模式对应于样本与树外部的接近程度。在树上发现的细菌群落的组成是高度可变的，但是这种可变性是可预测的并且取决于采样位置。此外，这项工作强调了在表征与植物相关的微生物群落及其对植物宿主的影响时仔细考虑植物空间结构的重要性。

图。1。（A） 箱形图显示了所采样的银杏组织类型的系统发育丰富度分布。在稀释至每个样品575个序列后估计丰富度。（B） 树皮和叶片样品中树木细菌系统发育丰富度的空间变异。阴影基于平均样本值（由圆圈表示）之间的线性插值，红色表示更大的多样性，蓝色表示更低的多样性。在计算三棵树上给定位置的平均丰富度值之前，调整样本位置的图形表示以适应三棵重复树之间的细微变化。左右分支分别大致向南和向北延伸。结果基于分别针对树皮和叶子的每个样品稀疏至575和200个序列的样品

图2。热图显示了这些分类群的中位数相对丰度≥ 任何样品类型中1%的序列读数。不同样本类型的相对丰度存在显著差异（Bonferroni校正P≤ 0.001）用星号表示。颜色被缩放到每行中的值的范围。

图3。主坐标分析（PCoA）图显示取自不同组织类型的样品的相对相似性。这个排序是从未加权的UniFrac距离创建的。

图4。树枝和树干采样点的示意图，阴影表示这些表面上四个主要门的相对丰度。左右分支分别大致向南和向北延伸。

结论

随着以前的工作表明随着时间的推移（Redford和Fierer，2009），植物物种之间（Redford等，2010；Kembel等，2014）以及植物的地理位置（Finkel等，2012），这项研究表明植物相关的微生物群落在个体植物内也表现出高度的变异。例如，我们观察到的单个银杏树不同地点优势门相对丰度的差异与不同树种叶片上观察到的门级丰度差异相当（Redford et al。，2010）。我们的研究结果还表明，这些不同细菌类群在单个树木上的分布是可预测的，植物组织之间的群落组成不同，并且在与它们的解剖结构相关的单个树木内表现出强烈的空间模式。因此，正如单个前额皮肤样本不足以表征在个体上和个体中发现的细菌群落（Costello等人，2009），来自树的单个样本不能充分表征整个树的细菌群落。在研究植物-微生物关系并试图了解这些植物相关微生物对植物健康的影响时，应考虑这种可预测的空间变化。

统计分析和可视化

使用箱形图和方差分析（ANOVA）评估样本类型之间多样性的差异，而使用主坐标分析和置换多变量方差分析（PERMANOVA）评估群落组成的差异。在ANOVA和PERMANOVA模型中，样本类型被包括作为固定因子，并且树个体被包括作为随机效应。对于样本类型之间的成对比较，在PERMANOVA函数内使用事后检验。二维线性插值用于使用R中的'akima'包（R Core T eam，2013）可视化单个模型树上的空间模式。使用Kruskal-Wallis检验和Bonferroni校正确定样品类型中单个细菌类群的相对丰度的显着差异。使用R（R Core T eam，2013）进行单变量分析和主坐标分析，并使用引物6（Clarke和Gorley，2006）进行PERMANOVA。