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The host niches of soybean rather than genetic modification or glyphosate application drive the assembly of root-associated microbial communities.
Microb Biotechnol · 2022 · 15:2942-2957 · PMID 36336802 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 환경과 생태 > 토양생물·미생물 · 곤충
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식물 뿌리는 토양 미생물 다양성에 큰 영향을 미치며, 토양 미생물은 자연 및 농업 생태계 모두에서 중요한 역할을 한다. 해충 및 제초제 저항성이 향상된 유전자 변형(GM) 작물이 탁월한 수확량 및 스트레스 저항성 이점을 가질 것으로 여겨지지만, GM 식물이 토양 미생물 군집에 미칠 잠재적 영향으로 인해 실제 환경에서의 철저하고 심층적인 사례 연구가 여전히 필요하다. 본 연구에서는 세 가지 처리구(수혜 품종인 잭(Jack), 삼중 형질전환 대두 계통 JD321, 그리고 글리포세이트 처리된 JD321 (JD321G))를 사용하였다. 세 가지 시료 채취 단계(개화기, 종자 충실기 및 성숙기)와 대두 근권의 세 가지 숙주 틈새([온전한 뿌리(RT), 근권 토양(RS) 및 주변 토양(SS)])가 설정되었다. 개화기 기준으로 볼 때, JD321G의 근권 토양은 잭에 비해 요소라아제 활성이 더 높고 아질산환원효소 활성은 더 낮았다. 서로 다른 처리구와 시료 채취 단계 간에는 다양한 분류학적 수준에서 미생물 군집 조성에 유의미한 차이가 없었다. 그러나 속(genus) 수준에서는 세 가지 식물 생장 촉진 곰팡이 속(즉, *Mortierella*, *Chaetomium* 및 *Pseudombrophila*)의 상대 풍도가 증가하였고, 내생 박테리아인 *Chryseobacterium*과 병원성 박테리아인 *Streptomyces*는 뿌리의 내부에서 외부로 갈수록 감소하였다(즉, RT $\rightarrow$ RS $\rightarrow$ SS). 더욱이, 두 가지 박테리아 속인 *Bradyrhizobium*과 *Ensifer*가 RS 및 SS보다 RT에서 더 풍부했으며, 질소 고정과 관련이 깊은 세 종(*Agrobacterium radiobacter*, *Ensifer fredii*, *Ensifer meliloti*)도 그러하였다. 나아가, 질소 고정 유전자와 관련된 다섯 개의 상동군(COGs) 클러스터가 RS보다 RT에서 더 높았으나, 이종질소환원효소 철-몰리브덴 cofactor 생합성 단백질로 주석된 COG는 감소하였다. 전반적으로, 본 연구 결과는 토양-식물 연속체 전반에 걸친 근권 숙주 틈새가 삼중 형질전환 대두의 뿌리 관련 미생물 군집의 조성과 기능을 크게 조절함을 시사한다.
ORIGINAL ABSTRACT
Plant roots significantly influence soil microbial diversity, and soil microorganisms play significant roles in both natural and agricultural ecosystems. Although the genetically modified (GM) crops with enhanced insect and herbicide resistance are thought to have unmatched yield and stress resistance advantages, thorough and in-depth case studies still need to be carried out in a real-world setting due to the potential effects of GM plants on soil microbial communities. In this study, three treatments were used: a recipient soybean variety Jack, a triple transgenic soybean line JD321, and the glyphosate-treated JD321 (JD321G). Three sampling stages (flowering, seed filling and maturing), as well as three host niches of soybean rhizosphere [intact roots (RT), rhizospheric soil (RS) and surrounding soil (SS)] were established. In comparison to Jack, the rhizospheric soil of JD321G had higher urease activity and lower nitrite reductase at the flowering stage. Different treatments and different sampling stages existed no significant effects on the compositions of microbial communities at different taxonomic levels. However, at the genus level, the relative abundance of three plant growth-promoting fungal genera (i.e. Mortierella, Chaetomium and Pseudombrophila) increased while endophytic bacteria Chryseobacterium and pathogenic bacteria Streptomyces decreased from the inside to the outside of the roots (i.e. RT → RS → SS). Moreover, two bacterial genera, Bradyrhizobium and Ensifer were more abundant in RT than in RS and SS, as well as three species, Agrobacterium radiobacter, Ensifer fredii and Ensifer meliloti, which are closely related to nitrogen-fixation. Furthermore, five clusters of orthologous groups (COGs) associated to nitrogen-fixation genes were higher in RT than in RS, whereas only one COG annotated as dinitrogenase iron-molybdenum cofactor biosynthesis protein was lower. Overall, the results imply that the rhizosphere host niches throughout the soil-plant continuum largely control the composition and function of the root-associated microbiome of triple transgenic soybean.
저자Yang, M.; Luo, F.; Song, Y.; Ma, S.; Ma, Y.; Fazal, A.; Yin, T.; Lu, G.; Sun, S.; Qi, J.; Wen, Z.; Li, Y.; Yang, Y.
저널Microbial biotechnology
권·호·쪽15(12), 2942-2957
PMID36336802
DOI10.1111/1462-2920.16197
MeSHGlycine max; Soil Microbiology; Plant Roots; Rhizosphere; Microbiota; Soil; Rhizobiaceae; Nitrogen
APA 7판
Yang, M., Luo, F., Song, Y., Ma, S., Ma, Y., Fazal, A., Yin, T., Lu, G., Sun, S., Qi, J., Wen, Z., Li, Y., & Yang, Y. (2022). The host niches of soybean rather than genetic modification or glyphosate application drive the assembly of root-associated microbial communities. Microb Biotechnol, 15(12), 2942-2957. https://doi.org/10.1111/1462-2920.16197
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