台湾马铃薯种植园土壤细菌群落分析

《Microbiology Resource Announcements》：Soil bacterial community profiling of seed potato plantation sites in Taiwan

台湾云林及Chiayi县马铃薯种植土壤微生物群落分析显示，通过扩增子测序鉴定出6597个ASVs，分属75个细菌类群，前五类为 Gammaproteobacteria（18.8%）、Alphaproteobacteria（16.7%）、Bacilli（7.7%）等，研究为健康种薯认证提供微生物参考。

　　

摘要

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是全球主要的食品来源之一。本研究从台湾的多个马铃薯种子种植地收集了土壤样本，并利用扩增子测序技术分析了微生物群落的组成。共鉴定出6,597个细菌扩增子序列变异体，它们属于75个不同的分类群。

公告

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是全球主要的粮食作物之一。通常通过将上一季收获的种薯重新种植在下一个生长季节来进行无性繁殖（1）。先前的研究表明，与马铃薯相关的微生物组可以显著影响植物健康（2）。在本研究中，我们从台湾的几个马铃薯种子种植地收集了土壤样本，包括参与健康种薯认证计划的田地（3）。通过扩增子测序技术，我们研究了这些种植环境中的微生物群落组成，以增进对其居民的理解。2024年1月至2月期间，我们在台湾的云林县和嘉义县采集了8个土壤样本（表1；图1）。采样地点包括两个种植第三代认证种薯（G3LB和G3XK）的温室，五个种植第四代种薯（G4TB-1、G4TB-2、G4XG、G4LG和G4HW）的田地，以及一个种植食用马铃薯（TPHW）的田地。采样时，所有马铃薯植株已经生长了一段时间，距离收获大约还有1-2周。我们移除了表层土壤的前5厘米，用干净的铲子收集了大约500克马铃薯植株周围的土壤，并将其放入无菌密封袋中。每次采样后，铲子都会用75%的乙醇进行消毒。所有样本均在采集当天以室温运输到实验室。每个土壤样本约50毫升的量被转移到离心管中，并在-80°C下保存，直至DNA提取。

表1

表1 土壤样本采集和扩增子测序总结

样本ID	采样日期	采样地点	样本坐标	原始读数数量	过滤后的正向读数	SRA访问号
G3LB	2024年1月30日	云林县仑北乡	23°47′37.9″N 120°18′07.6″E	64,555	50,659	SRR35927175
G3XK	2024年2月15日	嘉义县西口乡	23°35′02.3″N 120°23′16.9″E	62,147	42,255	SRR35927172
G4TB-1	2024年1月30日	嘉义县太保市	23°30′09.5″N 120°20′38.6″E	67,761	53,486	SRR35908604
G4TB-2	2024年1月30日	嘉义县太保市	23°30′09.9″N 120°20′58.3″E	69,696	54,641	SRR35908603
G4XG	2024年1月30日	嘉义县新港乡	23°31′17.2″N 120°18′31.9″E	66,532	53,231	SRR35927177
G4LG	2024年1月30日	嘉义县刘桥乡	23°31′29.4″N 120°18′23.6″E	62,244	50,008	SRR35927176
G4HW	2024年1月30日	云林县湖尾乡	23°41′21.7″N 120°26′24.7″E	78,533	62,830	SRR35927174
TPHW	2024年1月30日	云林县湖尾乡	23°41′21.4″N 120°26′28.7″E	64,705	50,871	SRR35927173

图1

图1 （A）台湾采样点的位置，包括云林县和嘉义县的马铃薯种植区。该地图使用免费许可软件（QGIS，开源地理空间基金会，版本3.40.6）制作，地图布局数据由台湾内政部国家土地测绘中心根据开放政府数据许可证提供（版本1140318）。（B）显示平均丰度超过1%的土壤细菌群落的相对丰度。

土壤DNA的提取使用了Geneaid Presto土壤DNA提取试剂盒（目录号SLD050；Geneaid，台湾），按照制造商的说明进行操作。使用引物341F（5′-CCTACGGGNGGCWGCAG-3′）和785R（5′-GACTACHVGGGTATCTAATCC-3′）（4）扩增了细菌16S rRNA基因的V3–V4区域。根据制造商的方案，使用TruSeq DNA PCR-Free Sample Preparation Kit（Illumina，美国）制备测序文库，并添加了用于样本识别的索引代码。扩增子测序在Illumina MiSeq平台上进行（Biotools，台湾），以生成序列读数。共处理了536,173个正向读数，使用了DADA2管道（版本1.30.0）（5）。通过设置maxN = 0、maxEE = 2和truncQ = 2的参数去除了引物和低质量读数。去噪后，获得了主要为283 bp长度的扩增子序列变异体（ASVs）。分类工作使用DADA2中的RDP朴素贝叶斯分类器完成，参考数据库为SILVA（版本138.2）（6）。

共鉴定出6,597个细菌ASVs，属于75个不同的分类群。其中，21个分类群的相对丰度平均值超过1%，包括Gammaproteobacteria（18.8%）、Alphaproteobacteria（16.7%）、Bacilli（7.7%）、Actinobacteria（7.5%）、Acidobacteriae（6.5%）、Ktedonobacteria（4.3%）、Verrucomicrobiia（4.2%）、Anaerolineae（4.2%）、Planctomycetes（3.8%）、Bacteroidia（3.3%）、Gemmaimonadia（3.2%）、Acidimicrobiia（2.3%）、Phycisphaerae（1.9%）、Saccharimonadia（1.5%）、Thermoleophilia（1.4%）、Polyangiia（1.4%）、Clostridia（1.3%）、Vicinamibacteria（1.3%）、Chloroflexia（1.2%）、Blastocatellia（1.1%）和Desulfuromonadia（1.0%）。剩余的5.6%序列被归类为相对丰度低于1%的分类群。这一分析结果为比较不同马铃薯生产计划（包括认证种薯种植）中的土壤细菌群落结构提供了参考。

致谢

我们感谢台南地区农业研究与推广站的Wu Ya-Fang提供了与马铃薯种植者的联系以及种薯认证信息。

本研究得到了农业部的支持（项目编号113AS-1.3.2-AS-27）。