原标题：欧洲拟南芥群落根系微生物群的拼装与习惯性分解
拟南芥（Arabidopsis thaliana），又叫阿拉伯芥、鼠耳芥、阿拉伯草，是一种原生于欧亚大陆的小型开花植物，为一种形式生物，被广泛地应用于植物遗传学、细胞生物学、分子生物学，以及集体进化学等方面的研讨中。据不完全计算，截止到2019年，现已有超越6万篇标题中含有拟南芥的学术论文宣布，覆盖了几百个生物学范畴，拟南芥中各种生物学进程的研讨，都是最详尽最深化的。当咱们要研讨某一课题时，最早想到的问题是“拟南芥中是怎样的”。现在，拟南芥渐渐的变成了了植物科学研讨的金规范。可是现在，咱们关于驱动植物在大陆规划层面的根部微生物变异和习惯的因子所知甚少。
近来，一篇宣布于《Nature Ecology & Evolution》来自德国科隆马克斯普朗克植物育种研讨所关于拟南芥最新研讨成果：Root microbiota assembly and adaptive differentiation among European Arabidopsis populations（欧洲拟南芥群落根系微生物群的拼装与习惯性分解），探究了这一问题。该研讨标明土壤和气候条件对根系微生物群落中的细菌和真菌的分解有不同的操控效果，气候是土壤中真菌位点变异和地舆散布的要害驱动要素，而土壤细菌的地舆散布首要受土壤要素的操控。气候的差异比土壤和本地微生物群的差异更重要。
研讨人员在3年中监测了欧洲17个地址的拟南芥和禾本科植物中与根系相关的微生物群落。观察到土壤微生物群落具有强壮的地舆结构，但没有观察到根部微生物群落的地舆结构。一些具有体系多样性并地舆散布广泛的细菌一直定植在植物根部。细菌的根系微生物群在不同地址之间和不同年份间的群落组成类似性要强于真菌。在瑞典和意大利的两个拟南芥种群之间的交互移植中，扫除地舆方位效应对土壤微生物群落的影响，测试了它们对根系微生物群改变和植物习惯性的奉献。植物根部的群落分解首要是经过真菌的方位和细菌的土壤来历来解说，而宿主基因型的影响较小。观察到两个拟南芥种群之间存在很强的当地习惯能力，土壤特性和微生物的差异关于观察到的习惯性分解的影响不大。成果标明，在较大的空间标准上，气候比土壤条件对真菌根系相关微生物群落的变异和植物习惯性更重要，而土壤特性是根系细菌群落分解的首要驱动要素。
人们对引起根系微生物群和植物习惯性方向在大陆标准中改变的要素了解甚少。植物的免疫体系、根际堆积物和微生物彼此效果是根系相关微生物群有别于周围土壤微生物群的已知决议要素。土壤生物群组成的大规划空间改变与土壤和气候条件的差异有关。特别是当地土壤特性，如pH值首要猜测土壤细菌的地舆散布，而气候条件更好的猜测土壤中真菌的散布。可是，在土壤和气候条件的改变对植物根系微生物群落组成和习惯性分解的影响程度方面缺少体系的实地研讨。交互移植已在许多植物物种中表现出部分习惯，包含形式植物拟南芥。可是，不同的非生物和生物要素对当地习惯的进化和保持的相对重要性知之甚少。在瑞典和意大利，研讨了土壤条件和气候对两种海百合种群根系微生物群集合和习惯性分解的影响。
1.样本收集
在欧洲挑选了17个具有不同土壤特性的地址，在2月-5月间一起发育阶段接连3年收集天然成长的拟南芥，在不影响植物根系的情况下，用手铲将植物与其周围的块状土壤一同收成，转移到7厘米×7厘米的温室花盆中 。并在间隔拟南芥成长50cm的范围内收集了三种附近的禾本科植物，共收集285株植物。然后人工将单株植物与土体别离，别离出4个微生物生态位【土壤（Soil）;根际（RS）；根际平面（RP）；根(Root）】。whole-root是RP和Root的组合。
2.交互移植试验
2016年春季，在两个试验点收集了土壤，并将其储存在6摄氏度下。种子接种于琼脂培养皿中，在6摄氏度黑私自冷堆积一周后移入成长室（22°C 16h，150μEm−2s−1 PAR，16°C漆黑8h），萌生9天后，将20株本地苗和22株外地苗移植到每个土壤类型的6个区块的随机方位上，每个点×土壤组合共移植120株本地苗和132株外地苗。移栽进程中，插盘在温室内分别在~18℃和~12°C下白日放置16h，夜间放置8h。在6天内，插盘被运到意大利(IT4)和瑞典(SW4)。移栽苗与源集体中天然萌生的植株处于同一发育阶段。
3.将上述试验别离出的样本提取DNA后对细菌16SrRNA(799F-1192R)V5-V7、细菌16SrRNA(341F-806R)V3-V4、真菌ITS1(ITS1F-ITS2)、真菌ITS2(fITS7-ITS4)和卵菌ITS1(ITS1-O-5.8 s-Rev-O)区域扩增后运用MiSeq测序仪和定制测序引物在内部进行成对结尾Illumina测序。得到序列后进行微生物群落组成及差异剖析。
1. 17个欧洲拟南芥种群中的微生物群落结构。标明根环境促进欧洲各地的细菌群落组成趋同。
a). 欧洲地图，显现了17种拟南芥种群的称号和方位
b). 依据Bray-Curtis类似度的树状图显现了3年中在每个站点中每个采样部位的微生物群落组成，从左至右分别为细菌、真菌、卵菌。采样部位由侧边五颜六色方块标明（深赤色：土壤；灰色：根际（RS）；浅绿色：根际平面（RP）；深绿色：根）。五颜六色条形图标明群落组成（纲或目分类水平）。黑色条形图标明微生物的α多样性。从土壤到根内圈，细菌、真菌和卵菌的α多样性逐步下降，其间细菌的下降起伏大于丝状真核生物。Bray-Curtis间隔聚类显现RS与Soil间的细菌群落组成有较高类似性，RP与Root间的细菌群落组成有较高类似性。
c). 4个瑞典土壤样品(SW soils)与其他周围13个土壤样品(versus others)，以及根(Root versus)和土壤样品(soil)之间的差异丰度剖析(纲或目分类水平)。三角标明差异有计算学含义(Wilcoxon秩和查验，FDR < 0.05)。与周围土壤样品比较，植物根部微生物群落的相对丰度显着添加。
d). 依据从17个地址、4个采样部位和接连三年(2015年、2016年和2017年)收集的样本之间的Bray-Curtis间隔的PCoA图。列出了整个拟南芥数据集的微生物群落：细菌(n = 881)、真菌(n = 893)和卵菌(n = 875)，并依据不同采样部位进行了色彩编码。空心圆圈标明瑞典样本，实心圆圈标明一切其他样本。提醒了瑞典土壤和其他欧洲土壤之间土壤细菌群落的显着差异。这些差异在相应的根系样本中大大减小，标明植物内圈细菌群落组成趋同。
2.大陆标准中，少数地舆上广泛散布的细菌丰厚地定殖在拟南芥的根部，推动了细菌群落组成的趋同。
a).细菌、真菌和卵菌在不同地址（3年的平均值）遍及盛行的OTU与植物根部的OTU相对丰度（3年的平均值log2后的值）之间的相关性。蓝色代表地舆上受限的OTUs，盛行率<20%；橙色代表地舆上常见的OTUs，盛行率20-80%；赤色代表地舆上散布广泛的OTUs，>80%。不同的形状提示在第1、2或3年间检测到的与Root相关的OTU。NS标明无计算学含义。观察到在细菌群落中两者间呈正相关。相反，在真菌和卵菌群落中两者没有相关性。
b).a图数据的盒形图展现。描绘了不同采样部位之间的显着差异（Kruskal–Wallis with Dunn’s的过后查验, P < 0.01）。地舆上散布广泛的细菌OTUs在RP和Root样本中比相应的土壤样本中丰厚得多。
c). 依据16S rRNA V5-V7基因片段(细菌)和ITS1区域(真菌和卵菌)构建的地舆上散布广泛的Root相关的OTUs的细菌、真菌和卵菌的体系发育树。星号标明，与土壤样本比较，显着富集的与Root相关的OTU。对列出的OTUs中的进行序列变异的查看，发现细菌OTUs中有很多的序列异质性。其间OTU14和OTU5的序列异质性最高。比较之下，真菌和卵菌的OTUs基本上没有序列变异。这在某种程度上预示着一个保存的分类单元的小子集现已进化出在大陆标准上分配根系细菌菌群的机制，而不考虑周围土壤细菌菌群的首要差异。
d).在拟南芥根部检测到的散布广泛的细菌和真菌的OTUs的份额。展现了相对丰度大于0.1%的OTUs。这些OTUs在root样本中的全体相对丰度显现在每个饼图下面。
3. 少数地舆上散布广泛的细菌能够轻松又有用地在远亲植物的根系微生物群落中定殖，并跟着进化时刻的推移与植物根系微生物群落树立安稳的联络。拟南芥和禾本植物之间的群落组成差异较小。
a).依据Bray-Curtis间隔的禾本植物和拟南芥的细菌、真菌、卵菌群落的种分类水平的PCoA图。观察到拟南芥和共生牧草在微生物群落组成上的差异较小。
b).细菌、真菌和卵菌的拟南芥根系遍及盛行的OTUs和禾本植物根系遍及盛行的OTUs之间的斯皮尔曼相关性。在大陆标准上全体是一起的。
c).共生牧草根系中广泛存在的拟南芥根系OTUs在细菌群落中占总相对丰度45%，但在真菌群落中只占总相对丰度16%。而成长在不同土壤类型中的莲花根系微生物群落中也检测到这些OTUs，所占份额RA标明。
4.大陆标准中影响拟南芥根系微生物群落的要素。不同地址间环境条件的改变比时刻改变对根系相关微生物群落的影响更大
a). 在17个地址、四个采样部位和接连三年(2015年、2016年和2017年)收集的样本之间依据Bray-Curtis间隔的PCoA图。从数据会集扫除相对丰度 < 0.1%的OTUs。不同地址是影响拟南芥根系微生物群落组成改变的重要的要素(Adonis: d.f. = 16; 细菌: R2 = 0.17; P < 0.001; 真菌: R2 = 0.19; P < 0.001; 卵菌: R2 = 0.17; P < 0.001),，可是与土壤样本中观察到的成果比较，这一效应显着下降。(Adonis: d.f. = 16; 细菌: R2 = 0.53; P < 0.001; 真菌: R2 = 0.51; P < 0.001; 卵菌: R2 = 0.27; P < 0.001）
b).采样地址、采样年份和采样地址x采样年份对细菌、真菌、卵菌群落组成的影响。其间，真菌和卵菌群落的年际改变尤为显着。
c). 在每个方位丈量的环境变量或共线变量组对细菌、真菌和卵菌群落组成的影响。pH组包含pH、铁、纬度、经度、平均气温平和均相对湿度。硼组包含硼、有用钙和储藏钙三个因子。P组包含有用P因子和储藏P因子，NO3组包含有用NO3因子、有用Mg因子和储藏Mg因子。K组包含有用K因子和储藏K因子，显着计算含义用深色突出表现。两种土壤在有用钙、储藏钾、有用镁、pH、铁和速效钾方面的差异是最大的。(c1图为描绘了18个环境变量之间共线性的热图。界说了两个仅有变量(锰（Manganese）、铜（Copper）)和五组共线变量(K组、P组、Boron组、NO3组、pH组)。土壤、RS和RP细菌群落组成的首要驱动要素是pH和/或与pH密切相关的环境变量，如铁、平均气温平和均相对湿度。细菌群落与环境变量的相关性比真菌更强。
5. 土壤、气候和基因型的差异驱动了拟南芥种群间根系微生物群落的分解；与细菌比较，气候条件等特定方位要素对根相关真菌群落分解的影响更大。土壤条件的差异对拟南芥种群间的习惯性分解奉献较小
a).交互移植示意图。来自IT1和SW4地址的土壤和植株基因型在这两个地址(8个不同处理组合)彼此移植。
b). 依据Bray-Curtis间隔用PCoA法测定了细菌、真菌和卵菌的土壤和悉数根系微生物群落结构。与细菌比较，土壤来历的真菌和卵菌的解说变异百分比（PCoA1）较弱。土壤中微生物真核组合的位点间变异首要是由地舆方位决议的。在whole-root组中，方位的影响与土壤对真菌的影响相同强，比土壤对卵菌的影响更强
c). 在IT1和SW4的土壤中彼此栽培，并在IT1和SW4的地址成长的两者基因型的全体适合度。赤色标明IT1，蓝色标明SW4。圆形标明IT1土壤，三角形标明SW4土壤。填充符号标明在IT1成长，未填充符号标明在SW4成长。在IT1位点，本地基因型的相对适合度高于外地土壤。两种土壤在有用钙、储藏钾、有用镁、pH、铁和速效钾方面的差异是最大的。在SW4地址，没有一株意大利植物幸存下来繁衍。较强的本地优势是较高的存活率和繁衍力一起效果的成果。
土壤和气候条件对根系微生物群落中的细菌和真菌的分解有不同的操控效果，气候是土壤中真菌位点变异和地舆散布的要害驱动要素，而土壤细菌的地舆散布首要受土壤要素的操控。气候的差异比土壤和本地微生物群的差异更重要，由于这两个研讨种群之间存在习惯性差异。研讨人员以为未来的研讨应该确定在大空间标准上影响根系微生物群拼装和习惯性分解的环境因子是否与在较小地舆标准上效果的环境因子不同。
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