16S全长测序解密转基因玉米根瘤菌群落组成

论文题目：

Deciphering the rhizobacterial assemblages under the influence of genetically engineered maize carrying mcry genes

期刊：

Environmental Science and Pollution Research

研究背景

玉米是我国的重要粮食作物，但虫害和草害一直是阻碍我国玉米丰收的两大绊脚石。本文的实验材料是携带了mcry1Ab和mcry2Ab双基因的抗虫玉米2A5，利用PacBio测序平台对根际微生物进行测序，旨在解码转基因玉米与根际微生物的相互作用和潜在的生态危害。

实验设计

首先，采集种植前的大田土(BS)作为对照，然后收集了连续两年内两种玉米三个发育时期（拔节期、开花期、成熟期）的根际土(RS)和根周土(SS)。利用PacBio三代16S rRNA全长基因测序技术对第二年的样本进行研究，获得的结果与前一年基于NGS测序（V3-V4)的部分结果具有一致性，同时还根据qPCR结果分析了双转基因插入对nifH基因丰度的影响。用选择性培养基对根际土中固氮微生物进行培养并计数。

 主要结果

1.α和β多样性分析

采用Chao和Sobs等α多样性指数反映物种丰富度和生态优势度，采用Shannon指数反映物种多样性。结果表明，转基因玉米2A5根际土壤的物种丰富度低于对照Z58（Sobs,Chao P < 0.05）。但二者的大田土和根周土中，并未发现这种差异。另一个差异出现在开花期，转基因2A5的物种丰富度明显降低，但多样性仍未受到干扰。β多样性受转基因的影响最小，两种玉米具有相似的群落组成。

 2.根部物种组合的变化

PacBio测序数据显示，变形菌门（Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌(Acidobacteria)、放线菌(Actinobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)在2A5和Z58样本中占主导地位(76.64~85.47%)。此外，基于不同发育阶段的根系渗出模式驱动了细菌组合的变化。例如，Massilia在拔节期成功定植根际，而Luteibacter在2A5的开花期均由低丰度转变为高丰度，已知这些细菌具有与植物生长相关的属性。以上结果表明，尽管微生物分布不同，但转基因玉米2A5和对照组玉米Z58在所有发育阶段的微生物群落或多或少相似。

3.土壤中固氮菌分析及nifH基因拷贝数检测

研究者针对固氮相关微生物的分析包括不同分类学水平的统计，nifH基因拷贝数定量以及选择性培养基稀释培养计数。得出结论：转基因玉米2A5和对照组玉米Z58根部土壤固氮菌无显著性差异。

 4.16S rRNA全长与V3-V4区测序结果比较

研究者曾在2017年利用16S rRNA的V3-V4区域进行了测序研究,由于二代测序技术应用于微生态物种分类的分辨率有限，因此2018年的样本使用PacBio平台进行了16S rRNA的全长测序。本文中对两次结果共同发现的10个物种进行比较，发现2018年样本中有8个物种的丰度明显高于上年。

 主编观点

大多数微生物多样性文章的重点在找物种组成或数量上的差异，本文反其道行之，用土壤指标和地下生物量无差异来证明转基因玉米的根际微生物不会受到基因整合带来的影响。本文只给出了连续两年的观测数据，进一步研究基因片段的插入是否对土壤微生物群落及相应生态系统有持续性影响仍具有重要意义。

文章链接：《Environmental Science and Pollution Research》 
https://doi.org/10.1007/s11356-021-14901-7