عنوان

بررسی متاژنومیکس تاثیر میکروبیوم رایزوسفر گندم و خویشاوندان وحشی آن بر تحمل به خشکی در گندم

شماره

پ۲۶۶۷۲

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

بررسی متاژنومیکس تاثیر میکروبیوم رایزوسفر گندم و خویشاوندان وحشی آن بر تحمل به خشکی در گندم

نام نخستين پديدآور

سمیه قلی زاده

نام ناشر، پخش کننده و غيره

کشاورزی

تاریخ نشرو بخش و غیره

۱۴۰۱

نام خاص و کميت اثر

۶۴ص.

مواد همراه اثر

سی دی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

دکتری

نظم درجات

بیوتکنولوژی گیاهی

زمان اعطا مدرک

۱۳۹۵/۳/۱۸

متن يادداشت

ياهان براي بسياري از عملکردهاي حياتي از جمله جذب مواد مغذي، رشد، تحمل به خشکي، چرخه فنولوژي و مقاومت در برابر بيماري¬ها به ميکروبيوم خود متکي هستند. در این تحقیق، جمعیت¬های رايزوباکتريايي 31 ژنوتیپ مختلف گندم از گونه¬هایTriticum و Aegilopsis تحت شرایط 50 درصد ظرفیت مزرعه در مراحل رشد رويشي و زايشي براساس توالي ناحيه V3-V4 ژن 16S rRNA مطالعه شدند. پس از استخراج DNA و تعیین پروفايل متاژنومي نمونه¬ها با تعيين توالي ناحيه V3-V4 ژن 16S rRNA، قطعات تکثیری با پلتفرم Illumina MiSeq با انتهاي جفت، توالي¬یابی شدند. پس از دی¬مالتی-پلکس کردن قطعات توالی¬یابی شده و مونتاژکردن خوانش¬های 1 و 2 متعلق به يک نمونه با استفاده از FLASH، حذف خوانش¬هاي کوتاه و تکراری در QIIME و Vsearch، جدول داده¬ها OTU)ها( بر اساس 97% شباهت جفتي در QIIME به دست آمد. طبقه‌بندي تاکسونوميک توالي نماينده و هم‌ترازي هر OTU با استفاده از PyNAST انجام و درخت فيلوژنی با استفاده از گزینه FastTree در QIIME رسم شد. شاخص تنوع شانون (H) و شاخص¬ غناي OTUها با استفاده از بسته Phyloseq و فاصله Bray-Curtis با استفاده از بسته Vegan در محیط R محاسبه شدند. تجزیه¬های به بردارهای اصلی (PCoA) و تجزیه کانونیک بردارهای اصلی (CAP) با استفاده از فواصل Bray-Curtis، Unifrac وزني و غيروزني در بسته Phyloseq انجام گردید. به منظور تجزیه واريانس چند متغيره جايگشتي (PERMANOVA) از تابع "adonis" در بسته Vegan و فواصل Bray-Curtis استفاده شد. تجزیه کورميکروبيوم با در نظر گرفتن حضور در 70 درصد از نمونه¬هاي هر گونه گياهي و فراواني نسبي بالاي 01/0 درصد، در Qiime برای داده¬هاي رويشي و زايشي به صورت جداگانه انجام شد. داده¬هاي نرمال شده توسط بسته DESeq2، جهت ارزيابي تاکسون¬های با فراوانی متمایز مورد استفاده قرار گرفتند. ساختار سلسله مراتبي داده¬ها با استفاده از بسته Metacoder و مسيرهاي ارتولوگ KEGG توسط PICRUSt براي پيش‌بيني قابليت‌هاي عملکردي جوامع رايزوباکتريايي به دست آمد. براساس نتايج حاصل تفاوت معنی‌داری از نظر فراوانی نسبی باکتری¬ها در رایزوسفر گندم در مقایسه با خاک بالک مشاهده گردید. همچنین مشخص شد که تغيير ساختار ميکروبيوم رايزوسفر گندم تحتتاثير مراحل مختلف رشد گياه، زمان انشقاق گونه-ها، اهلي¬شدن گندم، تفاوتهاي ژنوتيپي و برنامههاي اصلاحي مدرن قرار گرفته است. تغییر در ترکیب جوامع رایزوباکتریایی، طی گونه¬زایی دورگ¬¬های هموپلوئید که منجر به تولید ژنوم D شد و نیز آلوپلی-پلوئیدی اولیه در هر دو مرحله رویشی و زایشی، کند بود و از الگوی تغییرات زمان پیروی می¬کرد. اما فرایند اهلی‌شدن، منجر به سرعت تغییر زیاد در میکروبیوم‌ رایزوسفر گونه T. durum در مرحله گیاهچه¬ای نسبت به حالت اجدادی آن شده است. تأثیر فرآیندهای مربوط به اهلی شدن در زمان گلدهی در هر دو گونه T. durum و T. aestivum بیشتر بود و با حرکت از گونه¬های وحشی به اهلی، کاهش تدریجی در فراوانی نسبی Verrucomicrobia، Cyanobacteria و Bacteroidetes و افزایش در فراوانی نسبی Proteobacteria و Actinobacteria مشاهده شد. با در نظر گرفتن ژنوتیپ¬های مختلف در هر گونه گیاهی، مشخص شد که ژنوتیپ¬های Ae. tauschii، T. aestivum و T. turgidum تأثیر معنی-داری بر تنوع جامعه میکروبی خود داشتند که نشان‌دهنده توانایی ژنتیکی این گونه¬ها برای ایجاد ارتباط مفید با میکروب‌های رایزوسفر است. کاهش اثر رایزوسفری در ارقام اصلاحی T. aestivum در مقایسه با ارزش متناظر آن در توده¬های بومی ایرانی نشان می‌دهد که توده¬های بومی گندم احتمالاً به روش‌های متفاوتی نسبت به ارقام اصلاحی با جوامع میکروبی رایزوسفر برهمکنش دارند. در مجموع مشخص شد که ساختار ژنوم¬ Ae. speltoides و Ae. tauschii عامل مهمي در تعيين ترکيب جوامع باکتريايي مرتبط با ريشه گندم نان است. اين نتيجه، همچنين به صورت غيرمستقيم بيان مي¬کند که طيف گستردهاي از صفات ميزبان و ژنها احتمالاً در برهمکنش ميکروبيوم و ميزبان نقش دارند. همچنين مشخص شد که اهلي کردن و شيوههاي اصلاح مدرن تأثير قابلتوجهي بر برهمکنش ميکروبيوم-گياه به ويژه در مرحله زايشي دارد، با اين وجود، ژنوتيپهاي گندم یک کنترل گسترده و انتخابي بر جوامع رايزوباکتريايي خود در مرحله زايشي، نشان دادند. اين داده¬ها حاکي از آن است که يک تنوع ژنوتيپي قوي در گونه¬هاي T. aestivum وtauschii Ae. وجود دارد، که پتانسيل¬هاي اصلاحي آن¬ها را پيشنهاد می¬کند.

متن يادداشت

AbstractPlants rely on their microbiome for several life-support functions including plant nutrient uptake, growth, drought tolerance, life cycle phenology, and disease resistance. In this study, the rhizobacterial communities of 31 different wheat genotypes from species of Triticum and Aegilops genus were studied under 50% field capacity at vegetative and reproductive stages. After DNA extraction and determination of metagenomic profiles by extending the V3-V4 region of the 16S rRNA gene, paired-end sequencing of the amplified fragments was done using Illumina MiSeq platform. The sequences were then demultiplexed, short reads were removed in QIIME, and dereplication was done using Vsearch. The OTU table was obtained based on 97% pairwise similarity in QIIME. Taxonomic classification of the representative sequence and alignment for each OTU was performed using PyNAST, and a phylogenetic tree was generated from the alignment file by FastTree in QIIME. The Shannon diversity (H´) and observed OTU richness indices were estimated using the package Phyloseq in R and Bray-Curtis distance was calculated using the R package Vegan. Principal coordinate analysis (PCOA) and canonical analysis of principal coordinate (CAP) were performed based on Bray-Curtis distance using the R package Phyloseq. Permutational multivariate analysis of variance (PERMANOVA) was carried out with the function "adonis" in the R package Vegan using the Bray-Curtis dissimilarities. The core microbiome determined in 70% of the samples of each species with a relative abundance threshold value above 0.01%, was identified in Qiime using the vegetative and reproductive datasets separately. Normalized counts were then used to evaluate differentially abundant taxa in R package DESeq2. The hierarchical structure of taxonomic classifications was drawn by the Metacoder package in R and KEGG ortholog pathways from PICRUSt were used to predict the functional capabilities of rhizobacterial communities. Our data revealed significant differences in bacterial relative abundance in the wheat rhizosphere compared to bulk soil. The compositional change in the rhizosphere microbiome of wheat is influenced by plant development, divergence time, domestication, genotypic differences, and modern breeding programs. The compositional change in the rhizobacterial communities was slow and clock-like during homoploid hybrid speciation giving rise to the D genome and the initial allopolyploidization at both vegetative and reproductive stages. But wheat rhizosphere microbiomes have been differed from the ancestral state at an increased rate in T. durum due to domestication starting to be obvious around the seedling stage. The influence of domestication-related processes was greater in the flowering time in both T. durum and T. aestivum, and from wild to domesticated plants. A gradual decrease in the relative abundance of Verrucomicrobia, Cyanobacteria, and Bacteroidetes and, an increase in the relative abundance of Proteobacteria and Actinobacteria were detected. Considering different genotypes within individual plant species, we found that genotypes of Ae. tauschii, T. aestivum, and T. turgidum had significant influence over community measurements of diversity indicating a strong genetic ability of plants surveyed to establish beneficial connections with rhizosphere microbes. We detected a decrease in the rhizospheric effect of modern cultivars of T. aestivum compared with landraces, suggesting that wheat landraces interact with rhizosphere microbial communities in different ways from those of modern cultivars. Our results revealed the genome contents of wild species Ae. speltoides, and Ae. tauschii could be a significant fact determining the composition of root-associated bacterial communities in domesticated bread wheat. It is also indirect evidence showing an extensive range of host traits and genes are probably involved in host-microbe interactions. It was found that domestication and modern breeding practices might have a significant impact on microbiome-plant interactions, especially at the reproductive stage. The result showed an extensive and selective control by wheat genotypes on associated rhizobacterial communities at the same time.

عنوان گونه گون

METAGENOMICS STUDY OF RHIZOSPHERE MICROBIOME EFFECT OF WHEAT AND ITS WILD RELATIVES FOR IMPROVEMENT OF DROUGHT STRESS TOLERANCE

عنصر شناسه اي

‏قلی زاده،

ساير عناصر نام

‏سمیه

کد نقش

تهيه کننده

عنصر شناسه اي

‏‏محمدی،

عنصر شناسه اي

حسینی سالکده،

ساير عناصر نام

‏سید ابوالقاسم

ساير عناصر نام

‏سید قاسم

تاريخ

استاد راهنما

تاريخ

استاد راهنما

عنصر شناسه اي

‏ تبریز