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Triple-transgenic soybean in conjunction with glyphosate drive patterns in the rhizosphere microbial community assembly.
Environ Pollut · 2023 · 335:122337 · PMID 37562532 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 환경과 생태 > 토양생물·미생물 · 곤충
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식물 뿌리는 근권(rhizosphere)에 지속적으로 영향을 미치며, 이 근권은 또한 바람직한 기능을 가진 미생물의 모집지 역할을 한다. 유전자 변형(GE) 작물 품종의 개발은 비교할 수 없는 수확량 우위를 제공하였다. 그러나 GE 작물이 근권 미생물총에 미치는 영향에 대한 심층적인 연구는 현재 불충분하다. 본 연구에서는 해충, 글리포세이트 및 가뭄에 저항성을 갖도록 만든 삼중 형질전환 콩 품종(JD606)과 그 대조군인 ZP661, 그리고 글리포세이트로 처리한 JD606(JD606G)을 사용하였다. 16S 및 ITS rDNA 염기서열 분석을 이용하여 근권, 주변 토양 및 벌크 토양 구획의 세균 및 곰팡이 군집의 분류학적 구성과 기능에 미치는 영향을 규명하였다. 알파 다양성은 JD606과 JD606G가 세균 Shannon 다양성에 강한 영향을 미쳤음을 보여주었다. 두 처리 모두 토양의 pH와 질소 함량을 유의하게 변화시켰다. 베타 다양성은 토양 구획 자체가 콩과 관련된 세균 및 곰팡이 군집에 영향을 미치는 중요한 요인임을 확인하였다. 추가 분석 결과, 근권 효과는 JD606 및 JD606G 토양의 세균 군집에는 상당한 영향을 미쳤으나 곰팡이 군집에는 그렇지 않았다. Microbacterium, Bradyrhizobium, 그리고 Chryseobacterium이 주요 근원성 박테리아 노드로 발견되었다. 또한, LEfSe 분석은 식물에 유익한 특성을 가진 바이오마커 분류군을 확인하며 근권 주도 미생물 모집을 입증하였다. FUNGuild, Bugbase 및 FAPROTAX 기능 예측 결과, ZP661 토양은 식물 병원체 관련 미생물이 더 많았고, JD606 및 JD606G 토양은 스트레스 내성, 질소 및 탄소 순환 관련 미생물이 더 많은 것으로 나타났다. 세균 근권 네트워크는 곰팡이 네트워크보다 더 복잡한 위상 구조를 가졌다. 나아가 상관관계 분석 결과, 풍부도가 높은 박테리아와 곰팡이는 다양한 정도의 양성 및 음성 상관관계를 보였다. 본 연구 결과는 토양 내 세균 및 곰팡이 군집의 구획 분할에 대한 새로운 통찰을 제공한다. 또한 삼중 형질전환 콩 재배 및 글리포세이트 살포 후, 식물 뿌리가 근권에서 유익한 분류학적 및 기능적 특성을 가진 미생물을 모집함을 시사한다.
ORIGINAL ABSTRACT
Plant roots continuously influence the rhizosphere, which also serves as a recruitment site for microorganisms with desirable functions. The development of genetically engineered (GE) crop varieties has offered unparalleled yield advantages. However, in-depth research on the effects of GE crops on the rhizosphere microbiome is currently insufficient. We used a triple-transgenic soybean cultivar (JD606) that is resistant to insects, glyphosate, and drought, along with its control, ZP661, and JD606 treated with glyphosate (JD606G). Using 16S and ITS rDNA sequencing, their effects on the taxonomy and function of the bacterial and fungal communities in the rhizosphere, surrounding, and bulk soil compartment niches were determined. Alpha diversity demonstrated a strong influence of JD606 and JD606G on bacterial Shannon diversity. Both treatments significantly altered the soil's pH and nitrogen content. Beta diversity identified the soil compartment niche as a key factor with a significant probability of influencing the bacterial and fungal communities associated with soybeans. Further analysis showed that the rhizosphere effect had a considerable impact on bacterial communities in JD606 and JD606G soils but not on fungal communities. Microbacterium, Bradyrhizobium, and Chryseobacterium were found as key rhizobacterial nodes. In addition, the LEfSe analysis identified biomarker taxa with plant-beneficial attributes, demonstrating rhizosphere-driven microbial recruitment. FUNGuild, Bugbase, and FAPROTAX functional predictions showed that ZP661 soils had more plant pathogen-associated microbes, while JD606 and JD606G soils had more stress-tolerance, nitrogen, and carbon cycle-related microbes. Bacterial rhizosphere networks had more intricate topologies than fungal networks. Furthermore, correlation analysis revealed that the bacteria and fungi with higher abundances exhibited varying degrees of positive and negative correlations. Our findings shed new light on the niche partitioning of bacterial and fungal communities in soil. It also indicates that following triple-transgenic soybean cultivation and glyphosate application, plant roots recruit microbes with beneficial taxonomic and functional traits in the rhizosphere.
저자Fazal, A.; Wen, Z.; Yang, M.; Wang, C.; Hao, C.; Lai, X.; Jie, W.; Yang, L.; He, Z.; Yang, H.; Cai, J.; Qi, J.; Lu, G.; Niu, K.; Sun, S.; Yang, Y.
저널Environmental pollution (Barking, Essex : 1987)
권·호·쪽335, 122337
PMID37562532
DOI10.1016/j.envpol.2023.122337
MeSHGlycine max; Rhizosphere; Microbiota; Soil; Bacteria; Plant Roots; Soil Microbiology; Glyphosate
APA 7판
Fazal, A., Wen, Z., Yang, M., Wang, C., Hao, C., Lai, X., Jie, W., Yang, L., He, Z., Yang, H., Cai, J., Qi, J., Lu, G., Niu, K., Sun, S., & Yang, Y. (2023). Triple-transgenic soybean in conjunction with glyphosate drive patterns in the rhizosphere microbial community assembly. Environ Pollut, 335, 122337. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2023.122337
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