2017-04-14
派森诺生物最近与湖北省农科院经济作物研究所合作，在《Scientific Reports》（最新影响因子5.228）发表论文，通过研究不同品种和处理条件下桑树的土壤真菌菌群组成，初步揭示了果桑菌核病的发生与桑树品种及覆膜处理有关。
研究背景
果桑又名桑葚，是一种营养价值高、经济效益好、观赏性强的树种。由于桑椹富含有机酸、微量元素、多种维生素等营养物质，且具有调节免疫、降血糖、降血脂、护肝等药理作用，近年来，以收获桑果为目的的果桑生产业发展尤为迅速。然而果桑常年受多种病害威胁，尤以桑椹菌核病的危害严重，该病会严重破坏桑果产量和品质，可导致果桑大面积减产，甚至是绝产，给种植户造成了巨大的经济损失。一般而言，果桑菌核病是由Scleromitrula或者Sclerotinia所引起的土传病害。而桑树的品种及其覆膜与否对于土壤中真菌菌群组成的影响及其与果桑菌核病的联系，尚有待研究。
研究目的
本文主要通过对不同品种、不同处理条件下桑树的土壤真菌菌群组成进行研究，旨在探究桑树的品种及覆膜处理对其根部土壤中的真菌菌群组成的影响，以及桑树土壤中真菌菌群与果桑菌核病发生发展之间的联系。
研究方法
测序技术：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序模式：微生物组真菌ITS1区测序
实验对象：桑树的易感品种DS和抗病品种YG、DB、TW
实验设计：2009年开始种植，对易感桑树DS和抗病桑树YG、DB、TW分别进行覆膜和不覆膜处理；2015年对易感覆膜、易感不覆膜、抗病覆膜、抗病不覆膜的桑树根部土壤进行取样；每个样品均为特定区域15个随机取样点的土壤混合物，每种样品3个生物学重复。
研究结果
对易感桑树DS和抗病桑树YG、DB、TW进行取样时，所有品种的桑树均受到了果桑菌核病的侵害，易感桑树DS的发病率远大于抗病桑树YG、DB、TW。对24份土壤样品进行高通量测序，共获得923,697条序列，通过质量筛查，最终获得747,854条高质量序列，序列平均长度为254bp。并在97%的序列相似度水平上，将不同样品的序列划分到384-684个OTU不等。覆膜处理的DS、YG、DB、TW的OTU数分别为365、399、417、417，其中共有OTU数为313个。所有样本被鉴定到93个属，覆膜处理的DS、YG、DB、TW的属的个数分别为77、78、85、89，其中共有属的个数为61个。
表1. 易感品种DS和抗病品种YG、TW、DB的菌核病发病率统计比较
图1a. 易感品种DS和抗病品种YG、TW、DB的共有和特有OTU数；图1b. 易感品种DS和抗病品种YG、TW、DB的共有和特有属
有6个门水平上的物种是所有样本共有的，包括Ascomycota、Basidiomycota、Chytridiomycota、Glomeromycota、Rozellomycota及Zygomycota。其中，Ascomycota是最具有优势的物种，在所有样本中占比均比较大。Ascomycota和Basidiomycota是在易感品种和抗病品种中具有显著性差异的两个物种。Ascomycota在易感品种DS中的丰度比在抗性品种中的丰度要高，在未覆膜处理样本中的丰度比覆膜处理的高。在覆膜处理的抗性品种YGC、TWC、DBC中，Basidiomycota的占比比其它样本要高。
表2. 易感品种和抗病品种在门水平的丰度差异比较
图2. 覆膜（C）和不覆膜（NC）的易感品种DS和抗病品种YG、TW、DB在门水平的不同物种组成
在所有样本的93个属中，有31个属被桑树的品种、覆膜、覆膜的品种显著影响。在这31个属中，有23个属受到品种的影响，20个属跟覆膜相关，11个属受到品种和覆膜的综合影响。易感品种和抗病品种有10个属水平的差异较为显著，其中6个属于Ascomycota。基于31个受品种影响的属间距离矩阵的PCoA主坐标分析结果显示，不同品种、不同处理的样品间具有显著性差异（尤其是DSC和DSNC），表明桑树的不同品种及不同处理对土壤真菌菌群的组成产生了影响。
表3. 属水平的ANOVA分析
表4. 易感品种和抗病品种在属水平的丰度差异比较
图3. 覆膜（C）和不覆膜（NC）的易感品种DS和抗病品种YG、TW、DB的31个受品种影响的属的PCoA分析
样本中丰度最高的7个属，分别为Mortierella（17.3%）、Monographella（11.9%）、Humicola（8.8%）、 Scedosporium（7.9%）、Scleromitrula（6.8%）、Hymenochaete（6.3%）、Mrakia（5.7%），这7个属均被桑树品种和覆膜处理显著影响。Mortierella和Humicola在抗性品种YGC、TWC、DBC中的相对丰度显著高于易感品种DSC，在覆盖处理（C）样本中的丰度显著高于未覆盖处理（NC）样本（DB中的Humicola除外）。而Scedosporium和Scleromitrula在易感品种DSNC中的相对丰度显著高于抗性品种，显示了一定程度上的病原菌累积。
图4. 覆膜（C）和不覆膜（NC）的易感品种DS和抗病品种YG、TW、DB属水平的不同物种组成
图5. 覆膜（C）和不覆膜（NC）的易感品种DS和抗病品种YG、TW、DB的Mortierella（a）、Humicola（b）、Scedosporium（c）、Scleromitrula（d）、Monographella（e）、Staphylotrichum（f）的相对丰度
在覆膜和不覆膜处理的两组样本中，有18个属表现出了显著性差异，其中13个属于Ascomycota。然而，在易感品种DS样本中，有22个属在覆膜和不覆膜间表现出了显著性差异；在抗性品种DB样本中，有11个属表现出了显著性差异。这说明，在易感品种样本中，覆膜和不覆膜之间具有显著性差异的属更多。在差异属中，Sclerotiniaceae和Scleromitrula的相对丰度在覆膜样本中比无覆膜样本要低得多，表明覆膜处理改变了果桑菌核病病原菌Sclerotiniaceae和Scleromitrula的丰度，由此可知，覆膜处理改变了桑树土壤中真菌菌群的组成。
表5. 覆膜（C）和不覆膜（NC）样本在属水平的丰度差异比较
总结
本研究表明，易感品种和抗性品种的桑树的土壤真菌菌群组成具有显著差异，覆膜处理对土壤中真菌的丰度组成产生了影响，而这种菌群组成上的差异可能导致了果桑菌核病发病率的差异。
本研究的测序和数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
文章索引：
Cui Y, Hu X, Wen D, et al. Soil fungal community comparison of different mulberry genotypes and the relationship with mulberry fruit sclerotiniosis:[J]. Scientific Reports, 2016, 6.
