植物

Nature Plants (2023)この記事を引用

7 オルトメトリック

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植物土壌フィードバック (PSF)、つまり同種または異種の後継者に対する土壌を介した植物の影響は、植生発達の主要な推進力です。 専門的な植物アンタゴニストが同種植物と異種植物の間で PSF 応答の違いを引き起こすと提案されているが、一般的な植物アンタゴニストの PSF への寄与は依然として研究が進んでいない。 今回我々は、9 つ​​の一年生草本と 9 つの多年生草地種の PSF を調べて、十分に防御されていない一年生草が一般主義者優位の植物拮抗物質群落を蓄積し、同種および異種特異的一年生植物に同様に負の PSF を引き起こすかどうかを検証しましたが、十分に防御された多年草種は主に専門家優位の拮抗物質群落を蓄積します。陰性の同種 PSF を引き起こします。 一年生植物は多年生植物よりも負の PSF を示し、これは根組織への投資の違いに対応しますが、これは調整植物グループとは無関係でした。 全体として、同種および異種特異的 PSF には差異はありませんでした。 その代わりに、個々の種の土壌における同種および異種特異的な PSF 応答は相関していました。 土壌菌群集は一般主義者が優勢でしたが、PSF の変動を確実に説明できませんでした。 それにもかかわらず、私たちの研究は、PSFの推進者としてホストジェネラリストの重要な役割を示唆しています。

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真菌 ITS2 配列データは、プロジェクト番号 PRJNA952944 で NCBI にアップロードされます。 主な実験の植物バイオマス データと根の形質データは、figshare の https://doi.org/10.6084/m9.figshare.22740974 ref から入手できます。 69. FUNGUILD データベース 46 (http://www.funguild.org) は、生態ギルドへの菌類 ASV アノテーションに使用されました。 ソースデータはこのペーパーに付属しています。

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統計的、分子的および根の形質分析に関するアドバイスについては Z. Zhang、E. Hannula、S. Geisen、R. Reuter、および M. Stift、系統発生データについては Q. Yang、そして O. Ficht、M. Fuchs、H. Vahlenkamp、B. Speißer、B. Rüter、P. Kukofka、T. Voortman、N. Buchenau、およびコンスタンツ大学の学生ヘルパーが実践的な支援をしてくれました。 さらに、真菌 ITS2 配列データの分析を支援していただいたコンスタンツ大学配列分析コア施設と、この論文に関する貴重なコメントを寄せていただいた 3 人の査読者に感謝します。 RAW は、ワーヘニンゲン大学院からの資金提供を認めます (RAW への WGS ポスドク人材助成金)。

コンスタンツ大学、生物学部、生態学グループ、コンスタンツ、ドイツ

ルトガー・A・ウィルシュット、エカテリーナ・マモノワ、マーク・ファン・クルーネン

オランダ、ヴァーヘニンゲン大学および研究部の線虫学教室

ルトガー・A・ウィルシャット

SequAna、コンスタンツ大学、コンスタンツ、ドイツ

ベンジャミン・CC・ヒューム

浙江省植物進化生態学および保全重点研究所、台州大学、台州市、中国

マーク・ファン・クルーネン

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RAW と MvK が研究を設計しました。 RAW と EM は、それぞれ温室実験と分子実験室での研究を実施しました。 BCCH は生のシーケンス データを処理しました。 データ分析は、MvK からの入力を使用して RAW によって行われました。この論文は、MvK からのかなりの入力を使用して RAW によって作成され、すべての著者によってレビューされました。

ルトガー・A・ウィルシャットへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Plants は、この研究の査読に貢献してくれたブレンダ・キャスパーと他の匿名の査読者に感謝します。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

両方のパネルは、プールされた調整段階の土壌における平均植物バイオマス (Ln 変換) と関連して、18 の応答植物種の平均植物土壌フィードバック応答 (Ln(バイオマス調整/バイオマス制御)) を示します (方法を参照)。(A) 平均フィードバックすべての条件付け土壌に対する応答 (N = 90; 18 条件付け種 × 5 つの独立した生物学的複製) (B) マメ科植物を除くすべての植物種に対する平均フィードバック応答 (N = 70; 14 条件付け種 × 5 つの独立した生物学的複製)。調整段階のバイオマスと平均フィードバック応答の間のピアソンの両側相関検定が示されています。

ソースデータ

反応した 18 種の植物種全体で平均した種レベルの土壌調整効果 ln (バイオマスコンディショニング/バイオマス制御) は、特定の根の長さ (A; mm/g、対数変換) とは相関せず、相対的な根の重量 (B) とわずかに有意に相関しました。平均歯根径 (C; mm × 10) と有意な相関はありません。 平均形質値は、別の根形質実験から得られました (「方法」を参照)。 条件付けされた土壌における形質平均と平均フィードバック応答の間の両側ピアソン相関検定の結果が示されています。 パネル B では、傾向線と陰影は、相対根重量と平均 PSF 効果の間の相関係数 (±95% CI) を表します。

ソースデータ

18 の条件付け植物種すべての間 (A)、9 つの一年生植物種の間 (B)、および 9 つの多年生種の間 (C) の間の完全な真菌群集のペアごとの平均 Bray-Curtis 非類似性は、ペアごとの系統発生的距離 (ln 変換; 方法を参照) と相関します。 ペアごとの系統学的距離とペアごとのブレイ-カーティスの非類似性の間のマンテル検定の結果が各パネルに示され、傾向線と陰影は相関係数 (±95% CI) を表します。

ソースデータ

(A) 真菌アンプリコン配列変異体 (ASV) の存在量に基づいて、推定真菌病原体コミュニティのブレイ-カーティスの非類似性に基づく組成を示す NMDS 順序付け。 PERMANOVA 分析により、コンディショニング植物種間で推定真菌病原体群集組成に大きなばらつきがあることが明らかになりました (方法を参照。完全な種名は補足表 1 にリストされています)。 (B) 線形混合効果モデルと対数尤度検定で示されるように、個々の条件付けされた土壌に対する平均的な植物土壌フィードバック応答は、推定上の真菌病原体群落構成 (NMDS 軸 2) によってわずかに有意に異なります (方法と補足表 7 を参照) ）。 パネル B では、傾向線と陰影は、NMDS2 と平均 PSF 応答の間の予測された線形関係 (±95% CI) を表します。

ソースデータ

真菌のアンプリコン配列変異体 (ASV) の存在量に基づいて、アーバスキュラー菌根菌群集のブレイ-カーティスの非類似性に基づく組成を示す NMDS 順序付け。 PERMANOVA 分析により、コンディショニング植物種間でアーバスキュラー菌根菌群集の組成に大きな差異があることが明らかになりました (方法を参照。完全な種名は補足表 1 に記載されています)。

ソースデータ

（A）ロジット変換された総病原体存在量の種レベルの変動（平均±SEM、N = 植物種ごとに5つの独立した生物学的複製。完全な種名は補足表1にリストされています）。 存在量は、推定上の病原体として割り当てられたすべての ASV に基づいています。 (B) 個々の条件付けされた土壌に対する平均的な植物土壌フィードバック応答は、病原体の総存在量によって大きく異なります。 どちらのパネルでも、対数尤度比テストの結果は線形混合効果モデルに基づいています (方法および補足表 11 および 12 を参照)。 パネル B では、傾向線と陰影は、病原体の存在量と平均 PSF 応答の間の予測された線形関係 (±95% CI) を表します。

ソースデータ

真菌 ASV は、この研究の植物種の少なくとも 2/3 または最大 1/3 での発生に基づいて、ジェネラリストおよびスペシャリストとして手動で割り当てられました (完全な種名は補足表 1 に記載されています)。 相対存在量は、変換されていないリード数に基づいて計算されました。

ソースデータ

点と棒は、単一植物種の根圏土壌中の平均ロジット変換された相対推定専門病原体存在量に基づいて計算された平均±SEMを表します（植物グループ（一年生植物/多年生植物）あたりN = 9植物種）。

ソースデータ

補足表 1 ～ 15。

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転載と許可

Wilschut、RA、Hume、BCC、Mamonova、E. 他。 中央ヨーロッパの一年生植物および多年生草原植物の同種および異種後継植物に対する植物と土壌のフィードバック効果は相関しています。 ナット。 植物 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41477-023-01433-w

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受信日: 2022 年 7 月 13 日

受理日: 2023 年 5 月 10 日

公開日: 2023 年 6 月 8 日

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