中川208煙草內(nèi)生細菌微生物群落結(jié)構(gòu)及其多樣性

高嘉寧，張丹，楊軍偉

生物技術(shù)

中川208煙草內(nèi)生細菌微生物群落結(jié)構(gòu)及其多樣性

高嘉寧1，張丹2*，楊軍偉3

1 樂山師范學(xué)院旅游與地理科學(xué)學(xué)院，四川 樂山 614000；2 中國科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041；3 四川省煙草公司攀枝花市公司，四川 攀枝花 617061

【目的】分析中川208四個器官（根、莖、葉、花）的細菌群落多樣性與物種組成，為利用中川208內(nèi)生細菌資源提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā恳灾写?08的根、莖、葉、花為研究對象，采用高通量測序與生物信息學(xué)分析方法，解析中川208不同器官內(nèi)生細菌的群落結(jié)構(gòu)與物種組成，探討植物養(yǎng)分特征對優(yōu)勢細菌菌群的調(diào)控作用?！窘Y(jié)果】（1）從中川208四種樣品中共獲得5460條特征序列（amplicon sequence variants：ASVs），歸屬于19門、72綱、161目、285科和389屬。（2）各樣本的細菌群落多樣性為根＞莖≥花＞葉。Beta多樣性和聚類分析表明，中川208的根和葉內(nèi)生細菌群落組成較相似，與花和莖有明顯區(qū)別。（3）物種組成上，根、莖、葉內(nèi)以變形菌門和放線菌門相對豐度最高，花中以厚壁菌門和擬桿菌門的相對豐度最高。LEfSe分析結(jié)果表明，中川208不同器官中的細菌群落構(gòu)成在屬水平上存在顯著差異性，特別是細菌屬不動桿菌、短波單胞菌、異根瘤菌、芽孢桿菌、金黃桿菌、腸桿菌、另枝菌、毛螺菌、普拉梭菌、瘤胃球菌和的相對豐度在莖、葉、花內(nèi)差異顯著。（4）冗余分析表明，煙株總N（2= 0.730,< 0.001）、總糖（2= 0.883,< 0.001）和Mg（2= 0.907,< 0.01）含量與各器官中的優(yōu)勢細菌群落分布密切相關(guān)。【結(jié)論】中川208內(nèi)生細菌群落多樣性自根依次向花、莖、葉呈遞減趨勢，且不同器官中的內(nèi)生細菌群落在物種組成上具有明顯差異性。中川208植物器官中存在多種顯著富集的細菌菌群，值得進一步研究與開發(fā)利用。

中川208；植物內(nèi)生細菌；群落結(jié)構(gòu)；多樣性；植物區(qū)室分化

植物內(nèi)生菌廣泛存在于生物體的花、果、葉、莖、根中，它們與生物體共同進化，在養(yǎng)分吸收、新陳代謝和免疫調(diào)節(jié)等生物過程中發(fā)揮著重要作用[1]。目前，關(guān)于煙草內(nèi)生菌的研究已受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。研究證實，煙草內(nèi)生菌可作為微生物菌肥，在促進植物生長與養(yǎng)分吸收（固氮、解鉀和溶磷）、降煙堿和亞硝酸鹽、增強植物抗逆性（高溫、干旱、高鹽和重金屬）與抗病性（病害、蟲害）等方面發(fā)揮積極作用[2-5]。

中川208是以中煙103為母本、T136為父本，選育而成的烤煙雄性不育雜交種[6]。據(jù)報道，中川208在質(zhì)量性狀、經(jīng)濟性狀和抗病性（如抗TMV、耐氣候性斑點病）等方面均明顯優(yōu)于K326和云煙87，且能表現(xiàn)出良好的區(qū)域適應(yīng)性[6-7]。近年來，中川208作為我國西南和華中煙區(qū)新的主推品種，在四川攀枝花、涼山州、宜賓和湖南等煙區(qū)廣泛種植。前人對煙草內(nèi)生細菌類群和動態(tài)的研究已有一些報道，但是這些研究大多集中在云煙85、云煙87和K326等幾個烤煙品種，且多采用組織分離或可培養(yǎng)的研究方法[8-12]。如徐慧等[8]利用微生物分離培養(yǎng)基，從云煙中下部葉片中共分離篩選出129株細菌菌株，分屬于19個屬，其中葡萄球菌屬、假單胞菌屬和芽孢桿菌屬分別占總分離數(shù)量的29.4%、17.1%和16.3%。陳澤斌等[9]為了解煙草K326的內(nèi)生細菌多樣性，從健康煙草的根、莖、葉組織中分離獲得了267株內(nèi)生細菌，并通過16S rRNA序列同源性比對分屬于21個屬，其中芽孢桿菌屬是煙草可培養(yǎng)內(nèi)生細菌的優(yōu)勢種群。然而，關(guān)于煙草新品系中川208內(nèi)生細菌的多樣性研究目前還未有相關(guān)報道。因此，本研究基于高通量測序與分析技術(shù)，從整體水平上分析中川208內(nèi)生細菌的群落結(jié)構(gòu)、物種組成和微生物多樣性，并探討植物養(yǎng)分特征對內(nèi)生細菌群落分布的影響，以期揭示中川208植物組織內(nèi)的微生物多樣性與分布特征，為開發(fā)利用微生物資源、探究植物與微生物間的相互作用關(guān)系提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 中川208種植煙區(qū)生態(tài)因子

供試煙草樣品“中川208”于2021年8月中旬采自四川攀枝花市米易縣（27°6′25.76″ N，102°8′48.58″ E）。米易縣地處青藏高原東南緣，位于金沙江下游，受河谷深切和大氣環(huán)流的影響，該區(qū)域?qū)偌竟?jié)性干旱區(qū)，年均溫16.2℃，年有效積溫5249℃，年日照時數(shù)2700 h，年均降雨量1112 mm，年均蒸發(fā)量2003 mm，無霜期達268 d[13]。米易縣種植的主流煙草品種為中川208，主要分布在海拔1300～1700 m的山地坡地，土壤類型以赤紅壤為主[14]。

1.2 樣品采集與無菌化處理

2021年8月，于研究區(qū)域內(nèi)隨機確定6個30 m×30 m的樣方，在各樣方內(nèi)分別選取5株健康且長勢一致的成熟煙株（株高122.7±14.2 cm，莖圍10.5±1.6 cm，節(jié)間距6.5±0.7 cm，葉片數(shù)21±3片，最大葉長73.2±4.5 cm，最大葉寬33±4.4 cm），收獲植株的根、莖、葉、花4個部位。分別將同一樣方內(nèi)5株植物的根、莖、葉、花樣品混合，每組樣品重復(fù)6次。所有樣品用無菌袋4℃保藏，12 h內(nèi)帶回實驗室進行內(nèi)生微生物提取。

植物組織表面消毒方法參照陳澤斌等[15]。先用流水沖洗組織表面，再用無菌水漂洗數(shù)次至洗滌液無色，除去表面非固定性附著物與雜質(zhì)。根部樣品依次置于0.1% SDS、1% NaClO溶液中浸泡3～5 min，莖、葉和花樣品于75%酒精中處理5 min，所有樣品用無菌水漂洗、無菌吸水紙擦干表面，并置于無菌袋內(nèi)-80℃保存，用于后續(xù)DNA提取。

1.3 DNA提取與擴增子測序

樣本總DNA抽提、濃度與純度檢測方法均參照文獻[16]進行。質(zhì)檢合格后采用338F（ACTCCTAC GGGAGGCAGCA）、806R（GGACTACHVGGGTW TCTAAT）擴增細菌16S rRNA基因V3-V4區(qū)。PCR反應(yīng)體系（25 μL）與反應(yīng)條件（25～30個循環(huán)）參照文獻[17]。TAE緩沖液洗脫回收目標片段后，采用Qubit 2.0系統(tǒng)對PCR產(chǎn)物進行定量，并使用Illumina NovaSeq 6000系統(tǒng)方法進行測序。

1.4 測序數(shù)據(jù)處理及生物信息學(xué)分析

采用DADA 2和QIIME 2軟件分析序列。使用QIIME 2中的Naive Bayes分類器對質(zhì)控后的序列以100%的相似度聚類生成每個特征序列（amplicon sequence variants：ASVs），重復(fù)序列中去除singletons。為了獲得ASV的注釋分類信息，對16S rRNA生成的每個ASV特征序列于SILVA_132（http://www.arb- silva.de）進行比對。對獲得的ASV以最小樣本序列數(shù)抽平后，采用QIIME 2軟件計算各樣本的Alpha多樣性指數(shù)；基于Bray-Curtis距離矩陣分析樣本的Beta多樣性，并采用主坐標分析（principal coordinates analysis：PCoA）評估樣本微生物群落結(jié)構(gòu)的差異性與相似性[18]；采用線性判別效應(yīng)量分析（linear discriminant analysis Effect size：LEfSe）解析各組間穩(wěn)健的差異類群[19]；最后采用冗余分析（redundancy analysis：RDA）探討煙葉質(zhì)量與內(nèi)生細菌群落之間的相關(guān)性。以上分析均在上海派森諾基因云平臺（https://www.genescloud.cn）上完成。

1.5 植物理化性質(zhì)分析

植物總氮、鉀、鈣和鎂提取與含量測定方法參照文獻[20-21]進行；總糖含量測定采用紫外分光光度 法[22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 測序數(shù)據(jù)集

從中川208根、莖、葉、花4種樣品的16S rRNA測序數(shù)據(jù)中共產(chǎn)生了74604條原始序列，平均長度為389 bp，質(zhì)控、優(yōu)化后獲得了67927條有效序列。這些序列被聚類為5460個不同的擴增子特征序列（amplicon sequence variants：ASVs）（以100%的相似度水平為標準），歸屬于19門、72綱、161目、285科和389屬。根、莖、葉、花4種樣品細菌群落的ASV數(shù)分別為2733、944、1019和1132，分別占ASV總數(shù)的50.05%、17.29%、18.66%和20.73%。

2.2 細菌群落Alpha多樣性

根、莖、葉、花4種樣品中的細菌群落Alpha多樣性指數(shù)如表1所示。從表1可看出，根、莖、葉、花的細菌群落Alpha多樣性存在顯著差異（Duncan檢驗，< 0.05）。其中，根的Chao1、Shannon和Pielou’s evenness指數(shù)最高（分別為736.12、8.05和0.98），而物種覆蓋度指數(shù)則顯著低于莖、葉和花，為0.38；辛普森指數(shù)由大到小依次為根＞莖≥花＞葉。由此可以看出，煙草根內(nèi)細菌群落的Alpha多樣性最高，莖和花次之，葉內(nèi)的細菌群落多樣性最低。

表1 煙草細菌群落Alpha多樣性

Tab. 1 Alpha diversity indices of bacterial communities in Nicotiana tabacum.

注：同列不同小寫字母表示存在顯著差異性（Duncan檢驗，< 0.05）。

Note: Different lowercase letters in the same line indicate significant differences (Duncan's test,< 0.05).

2.3 細菌群落優(yōu)勢類群組成

在門水平上（圖1A），根、莖、葉、花內(nèi)生細菌豐度較大的菌群主要為變形菌門（Proteobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）、放線菌門（Actinobacteria）和擬桿菌門（Bacteroidetes），在根、莖、葉、花中的總豐度占比分別為76.07%、98.19%、99.15%和97.01%。其中，根中相對豐度最高的為變形菌門（30.43%）和放線菌門（36.04%），莖和葉中相對豐度最高的為變形菌門（57.07%和80.56%），而花中相對豐度較高的為厚壁菌門（59.72%）和擬桿菌門（29.34%）。

在綱水平上（圖1B），γ-變形菌綱（Gammaproteobacteria）、梭菌綱（Clostridia）、擬桿菌綱（Bacteroidia）、放線菌綱（Actinobacteria）、α-變形菌綱（Alphaproteobacteria）和芽孢桿菌綱（Bacilli）為各樣本的優(yōu)勢菌群，在根、莖、葉、花中的總豐度占比分別為59.95%、95.96%、97.94%和96.62%。其中，γ-變形菌綱在莖和葉中的相對豐度最高，分別為39.83%和75.43%；梭菌綱（Clostridia）在花中的相對豐度最高，為50.98%；而根中以放線菌綱（Actinobacteria）的相對豐度最高，為24.50%。

在屬水平（Top 20）上（圖1C），不動桿菌（Acinetobacter）、金黃桿菌（Chryseobacterium）、短波單胞菌（Brevundimonas）、異根瘤菌（Allorhizobium）和Candidatus_Portiera主要分布在莖中，相對豐度占比分別為20.57%、12.12%、5.33%、4.45%和4.39%；泛菌（Pantoea）、腸桿菌（Enterobacter）、假單胞菌（Pseudomonas）、Rosenbergiella和寡養(yǎng)單胞菌（Stenotrophomonas）主要分布在葉中，相對豐度占比分別為20.76%、14.68%、4.63%、7.28%和2.83%；擬桿菌（Bacteroides）、普拉梭菌（Faecalibacterium）、瘤胃球菌（Ruminococcaceae_UCG-014）、另枝菌（Alistipes）、乳桿菌（Lactobacillus）和Ruminococcus_ torques主要分布在花中，相對豐度占比分別為23.36%、7.62%、7.47%、5.32%、5.45%和4.95%；而根內(nèi)以芽孢桿菌（Bacillus）、梭菌（Clostridium_sensu_ stricto_1）、類諾卡氏菌（Nocardioides）和Subgroup_6的豐度相對較高，分別為4.21%、1.85%、1.96%和2.31%。同時，由各樣本聚類分析（Average算法）的結(jié)果可看出（圖1C），根與葉聚為一支，表明中川208根與葉的內(nèi)生細菌物種組成相似性相對較高，這與基于加權(quán)UniFrac距離（Bray-curtis）的Beta多樣性分析結(jié)果相一致。從主坐標分析結(jié)果可看出（圖2），第一主坐標和第二主坐標解釋的變異度分別為20.9%和18.0%，根與葉細菌分類單元聚類距離較近，而花與莖兩兩之間的聚類距離較遠，表明中川208根與葉的內(nèi)生細菌群落結(jié)構(gòu)與物種組成更接近。

注：圖A和圖B中的others表示相對豐度低于1%的類群，圖C中的色標表示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（log 2）后的相對豐度值，紅色表示高豐度，藍色表示低豐度。

Note: In figure A and figure B, “others” represents the sum of bacterial taxa with relative abundance of less than 1%. In figure C, the colors represent the relative abundance values after the data conversion (log 2)，and the red and blue color represent the higher and lower relative abundance, respectively.

圖1 煙草內(nèi)生細菌群落在門（A）、綱（B）和屬（C）水平上的相對豐度

Fig. 1 The relative abundance of endophytic bacterial communities inat phylum (A), class (B) and genus (C)

圖2 煙草內(nèi)生細菌群落主坐標分析

2.4 細菌菌群物種差異

為了探究從門到屬水平上的煙草內(nèi)生細菌物種組成差異，對各組樣品進一步進行了線性判別效應(yīng)量分析（linear discriminant analysis Effect size：LEfSe），結(jié)果如圖3所示。根中顯著富集的細菌（目水平）主要為微球菌目（Micrococcales）、Gaiellales和Corynebacteriales等，均屬放線菌門。莖中顯著富集的細菌（屬水平）主要為不動桿菌（）、短波單胞菌（）、異根瘤菌（）和_，均屬變形菌門中的假諾卡氏菌目（Pseudonocardiales）和Caulobacterales；另外，厚壁菌門中的芽孢桿菌屬（）和金黃桿菌屬（）也顯著富集于莖中。葉中顯著富集的細菌（屬水平）主要為腸桿菌（）和，均屬變形菌門中的腸桿菌目（Enterobacteriales）?；ㄖ酗@著富集的細菌（屬水平）主要為毛螺菌（）、鏈球菌（）、普拉梭菌（）和瘤胃球菌（），均屬厚壁菌門，且擬桿菌門中的另枝菌（）也顯著富集于花中。由此可以看出，上述這些細菌菌群的顯著富集導(dǎo)致了中川208根、莖、葉、花內(nèi)生細菌在群落結(jié)構(gòu)及物種組成上的明顯差異性。

注：圖A為分類學(xué)分支圖，圖中的節(jié)點表示顯著富集類群；圖B為LDA分析得分圖，得分越高表明物種豐度對組間差異的影響越大。p、c、o、f、g分別表示門、綱、目、科和屬水平。

Note: Figure A is the cladogram of bacterial communities. The nodes in the figure represent bacterial taxa that are significantly enriched in different groups. Figure B is the LDA analysis of bacterial communities. The LDA score represents the influence of taxa abundance on the difference among groups, and the higher the score, the greater the influence of species abundance on the intergroup differences . The p, c, o, f and g represent the phylum, class, order, family and genus levels, respectively.

圖3 煙草內(nèi)生細菌群落組成LEfSe分析

Fig. 3 LEfSe analysis of endophytic bacterial communities in

2.5 煙草總糖、總N、K、Ca和Mg含量與菌群豐度

2.5.1 煙草總糖、總N、K、Ca和Mg含量差異性

煙草根、莖、葉、花中的總糖、總N、K、Ca和Mg含量如表2所示，煙草不同器官中的總糖、總N、K、Ca和Mg含量存在極顯著差異（Duncan檢驗，< 0.01）。其中，總N平均含量以根部和莖部顯著最高，分別為4.21%和3.99%；Mg和總糖平均含量以根部顯著最高，分別為4.74 g/kg和40.46%；K含量以葉部顯著最高，平均為3.37%；而Ca含量以莖部顯著最低，平均為19.88 g/kg，且根、葉和花中的Ca含量無顯著性差異。

表2 煙草各組織器官主要品質(zhì)成分

注：同一行的不同小寫字母表示存在顯著差異性（Duncan檢驗，< 0.05）。

Note：Different lowercase letters in the same line indicate significant differences (Duncan's test,< 0.05).

2.5.2 優(yōu)勢菌群豐度與煙草總糖、總N、K、Ca和Mg含量相關(guān)性

為了進一步探究煙草化學(xué)成分與優(yōu)勢細菌菌群間的相關(guān)性，使用冗余分析來解釋5種常規(guī)化學(xué)成分對優(yōu)勢微生物群落（屬水平，Top 10）的影響。由圖4可知，RDA1和RDA2解釋的總變異度為66.33%。其中，煙株K和Mg含量顯著影響不動桿菌（）、泛菌（）、腸桿菌（）、金黃桿菌（）和等優(yōu)勢細菌菌群的分布；Ca含量顯著影響擬桿菌（）、普拉梭菌（）、瘤胃球菌（）和乳桿菌（）的菌群分布；而總N和總糖含量顯著影響假單胞菌（）的分布。結(jié)合蒙特卡羅置換檢驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，煙株總N（2= 0.730,< 0.001）、總糖（2= 0.883,< 0.001）和Mg（2= 0.907,< 0.01）含量與內(nèi)生優(yōu)勢細菌群落分布密切相關(guān)。

圖4 優(yōu)勢細菌菌群豐度與煙草化學(xué)成分冗余分析

3 討論

植物組織或植物器官對內(nèi)生細菌群落結(jié)構(gòu)與物種組成具有顯著影響[23]。植物的根、莖、葉、花可以主動從種子（垂直方向）或環(huán)境（水平方向），或通過混合模式從鄰近的微生物庫中招募微生物群，在此過程中不同的微生物通常表現(xiàn)出對各組織、器官或區(qū)室明顯的趨化性[24-25]。從擬南芥[26]、煙草[11]、葡萄藤[27]、番茄[28]和柑橘[29]等植物的根、莖、葉分析發(fā)現(xiàn)，植物不同組織器官的微生物群落構(gòu)成普遍存在差異性。Maignien等研究認為，植物不同組織器官對優(yōu)勢細菌菌群具有明顯的定向選擇性，這可能與植物組織的微形態(tài)、生理特征和養(yǎng)分特征等密切相關(guān)[30]。前人研究證實，植物的養(yǎng)分特征能顯著影響優(yōu)勢微生物的定殖、分布及其功能屬性[31]，尤其是植物可溶性糖、游離氨基酸、有機酸和礦質(zhì)養(yǎng)分含量能顯著影響根與葉的微生物群落結(jié)構(gòu)及其組裝[32]。本研究也獲得了類似的結(jié)果，從RDA分析和蒙特卡洛置換檢驗的結(jié)果可知，中川208不同器官中的N、Mg和總糖含量存在極顯著差異，進而可能介導(dǎo)內(nèi)生優(yōu)勢細菌菌群在根、莖、葉、花器官內(nèi)的特異性富集與差異性。

然而，盡管植物不同部位的優(yōu)勢微生物群落可能存在差異，但關(guān)鍵的微生物成員往往具有相似性與重疊性，這似乎是植物的一種保守現(xiàn)象[33-34]。前人研究一致認為，關(guān)鍵微生物與宿主植物在長期的協(xié)同進化中，能逐漸適應(yīng)、克服植物的免疫系統(tǒng)，從而達到在植物體內(nèi)穩(wěn)定定殖與繁衍，并對形成整個圈層的微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)揮核心作用[35]。這種趨勢在本研究中也進一步得到了證實，尤其是煙株根與葉的內(nèi)生細菌群落組成存在明顯相似性。比較分析發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌、寡養(yǎng)單胞菌、腸桿菌、泛菌和假單胞菌為煙草根與葉內(nèi)常見的優(yōu)勢細菌屬[36-37]。事實上，植物葉內(nèi)的微生物群落與根部密切相關(guān)，但在功能上又顯著不同于根部，特別是對植物生長、發(fā)育和健康具有顯著作用[33, 35]。例如前人研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌能產(chǎn)生ACC脫氨酶，同時釋放植物激素與酶類物質(zhì)，直接或間接地激活植物免疫系統(tǒng)，調(diào)節(jié)植物生長[38]；腸桿菌通過產(chǎn)生植物激素，如吲哚-3-乙酸（IAA）和赤霉素，在重金屬脅迫下賦予植物抗性[39]。

前期研究發(fā)現(xiàn)，植物遺傳性狀（植物基因型）能明顯調(diào)控植物組織化學(xué)和表面拓撲結(jié)構(gòu)（如粗糙度），從而影響微生物的定殖、分布與多樣性[40]。黃曉輝等通過分離計數(shù)法，發(fā)現(xiàn)凈葉黃內(nèi)生細菌分布表現(xiàn)為根＞葉＞莖，G80和紅花大金元為根≥莖＞葉，而K326不同器官的內(nèi)生細菌分布無顯著性差異[41]。在本研究中，中川208根內(nèi)細菌群落多樣性顯著最高，莖和花次之，葉最低。另外，本研究發(fā)現(xiàn)，在煙草中川208中存在內(nèi)生另枝菌、異根瘤菌、普拉梭菌、乳桿菌、瘤胃球菌、和_，這可能與生物（植物基因型和表型、病原菌、食草動物和昆蟲活動）、非生物（地理位置、氣候、土壤類型和養(yǎng)分特征）及人類活動（如除草劑、土壤改良劑和耕作方式）干擾有關(guān)[27, 33]。比較分析發(fā)現(xiàn)，這些微生物并不是隨機定殖在某一植株上，而是具有普遍性，這可能是植物與微生物長期協(xié)同進化的結(jié)果。研究認為，另枝菌、普拉梭菌、毛螺菌和瘤胃球菌等細菌常見于健康人體的腸道或動物糞便中，且具有顯著的免疫調(diào)節(jié)、抗炎和抗氧化性[42]，而煙草花內(nèi)顯著富集這些微生物，很可能與微生物在花與環(huán)境中頻繁的物種交換有關(guān)。

4 結(jié)論

中川208不同器官中的內(nèi)生細菌群落在物種組成上具有明顯差異性?？傮w而言，根與葉的內(nèi)生細菌群落組成較相似，但與花和莖有明顯區(qū)別。因此，深入探究中川208內(nèi)生微生物組與宿主植物間的互作機制、建立與拓展煙草中川208優(yōu)良性狀（抗病、耐鹽、耐旱和耐養(yǎng)分脅迫）的生物學(xué)調(diào)控途徑，將有利于促進煙草產(chǎn)業(yè)發(fā)展，開發(fā)創(chuàng)制新型煙草促生、抗逆微生物肥料，實現(xiàn)生態(tài)和經(jīng)濟效益雙贏。

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Community structure and diversity of endophytic bacteria in tobacco variety Zhongchuan 208

GAO Jianing1, ZHANG Dan2*, YANG Junwei3

1 College of Tourism and Geographical Science, Leshan Normal University, Leshan 614000, China;2 Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China;3 Panzhihua Branch of Sichuan Tobacco Company, Panzhihua 617061, China

Zhongchuan 208 is a novel flue-cured tobacco variety with good quality, economic prospects, and disease and stress resistance, which is predominantly grown in Southwest and central parts of China. This study aims to investigate the bacterial community structure and species diversity constituents in Zhongchuan 208’s four organs: namely, roots and above ground parts (stem, leaf and flower), and establish a basis of tobacco microbiome, in order to provide a knowledge base of exploiting and utilizing endophytic bacterial resources.The aforementioned parts of Zhongchuan 208 were used as research materials, and their high-throughput amplicon sequencing of V3-V4 fragment of bacterial 16S rRNA genes was conducted using the Illumina NovaSeq 6000 platform. The bacterial community structure and species diversity of different organs as well as the effects of plant nutrition on bacterial community were examined using bioinformatics.(1)There were 5460 amplicon sequence variants (ASVs) obtained from four samples of Zhongchuan 208, belonging to 19 phyla, 72 classes, 161 orders, 285 families and 389 genera. (2)The bacterial community diversity of different organs could be ranked in the order of root>stem≥flower>leaf. The Beta diversity analysis and clustering analysis indicated a high degree of similarity in the community composition of endophytic bacteria between root and leaf of Zhongchuan 208, but a significant difference was observed in that between flower and stem. (3) Proteobacteria and Actinobacteria were the dominant phyla of endophytic bacterial communities in roots, stems and leaves, while Firmicutes and Bacteroidetes had the highest relative abundance in flowers. LEfSe analysis showed that the bacterial community composition of Zhongchuan 208 was significantly different at the genus level, the bacterial community was mainly characterized by different endophytic bacteria such as,,,,,,,,,_UCG_014 andin stem, leaf and flower. (4) Redundancy analysis showed that the contents of total N (2= 0.730,< 0.001), total sugar (2= 0.883,< 0.001) and Mg (2= 0.907,< 0.01) in Zhongchuan 208 were strongly associated with the dominant bacterial communities found in these organs.The bacterial community diversity in Zhongchuan 208 decreased from roots to flowers, stem and/or leaves, and the species composition of endophytic bacterial communities in different organs was significantly different. There are many significantly enriched bacterial flora in plant organs of Zhongchuan 208, which are worthy of further research and exploitation.

Zhongchuan208; endophytic bacteria; community structure; diversit; plant compartment differentiation

. Email：daniezhang@imde.ac.cn

煙草鉀素利用率提升關(guān)鍵技術(shù)及新型鉀肥創(chuàng)制（SCYC202105）

高嘉寧（1993—），講師，博士，主要研究領(lǐng)域：土壤微生物，Tel：13696145775，Email：2664259441@qq.com

張丹（1962—），研究員，博士，主要研究領(lǐng)域：環(huán)境微生物與土壤污染修復(fù)，Email：daniezhang@imde.ac.cn

2022-03-14；

2023-08-01

高嘉寧，張丹，楊軍偉. 中川208煙草內(nèi)生細菌微生物群落結(jié)構(gòu)及其多樣性[J]. 中國煙草學(xué)報，2024，30（1）.GAO Jianing, ZHANG Dan, YANG Junwei. Community structure and diversity of endophytic bacteria in tobacco variety Zhongchuan 208[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2024,30(1). doi:10.16472/j.chinatobacco.2023.031