外文文献‘Covariation--of-Soil-Bacterial--Composition-with-Plant--Rarity’的中文翻译.doc

随植物稀有程度的变化土壤微生物组成的相关变异稀有和常见的植物预计将带来不同的根际微生物。为了对这项预计进行评估，我们使用终端限制性片段长度多态性（T-RFLP）进行分析，对自然生态系统中局部丰度跨越了15倍频谱范围的8种原生草品种的根际细菌进行对比。我们观察到，本地稀有与常见植物在不同细菌群落方面是相关联的。植物物种丰度是生态系统多样性和生态系统功能的重要组成部分，但稀有性或共性的起因仍然知之甚少（24）。两种方法已普遍应用：对比研究用来确定稀有和常见物种性状方面是否具有不同的序列片段，实验研究用来检测假设因素对稀有性的贡献，比如竞争。对于植物来说，这两种途径都不能解说稀有和常见物种之间的巨大差异（3，15）。土壤微生物可以用来提取调节植物相对丰度的一些最重要的因子。首先，无论是作为病原菌或者共生生物，他们都可以强烈地影响植物个体的适应性。其次，微生物往往与植物形成高度的特定联系，它可以导致物种在适应性之间的差异，（7，8）。最后，土壤微生物影响了对植物营养至关重要的生物地球化学循环（23）。尽管他们有潜在影响，但是土壤微生物在植物稀有性方面的研究尤其缺乏。土壤群落反馈的理论提供了一个微生物与植物丰度相互作用的的概念框架。反馈涉及两个步骤。首先，植物改变微生物群落的组成。其次，这个变化改变了相对该区域的其他植物物种的植物性能。积极反馈将会利用增加受体植物的主导地位来降低物种多样性，而负反馈应该推进受体植物向稀有程度方面发展。据我们所知，只有一个研究，调查了在稀有植物的背景下土壤生物群落的反馈。通过温室实验，Klironomos（14）表明，珍稀的当地物种积累了较多的根际病原菌，从而比丰富的外来物种经历了更多的负反馈。如果土壤的反馈对解释植物的共性和稀有性是非常重要的，那么稀有植物和常见植物在他们根际群落的组成上或者在他们对相同根际群落的反应方面应该是不同的。在目前的研究中，尽管分子学工具的在这方面的实用性不明确，而且这些自然微生物群体很少被检测，我们仍要针对解决这些预测。具体来说，我们想知道稀有物种相对于常见物种在他们的土壤细菌群落组成方面是否相同。虽然稀有性可以在各种不同的方式下获得，但是最常用的定义却是基于在一个给定的站点或者地理范围内一个物种的当地丰度（10，24）。由于植物土壤相互作用发生在局部范围（2，9）内，我们推测，正是这种局部范围内的反馈对植物的丰度有着最强烈的影响。因此，我们在这里定义稀有性为在当地范围内的丰度较低，而不是全球罕见（20，21）。通过使用终端限制性片段长度多态性（T - RFLP）分析，我们描述根际细菌所关联的10个随机选择个体是选自本地的8个多年生C3草品种（图1 物种名单），位于美国印第安纳大学Lilly-Dickey Woods Preserve（见图S1补充材料）。每一个随机选择个体都是用铲子完全挖出。对于DNA分析，我们使用与根部连接的土壤，大力摇晃后仍然附着与植株的土壤，这里我们定义为根际土壤。我们用PCR引物27F和1492R(16)来扩增细菌的16S rRNA和利用Haelll或者RsaI来酶切扩增片段。对于每个植物物种，我们至少测定在30个最近邻点间距的日龄和生殖状况，来估计局部的微生物相对丰度（22），从全球定位系统（GPS）坐标确定空间位置，并分析了10个根际土壤个体的复合样本的化学性质（见表1）。对于这对植物物种之间的当地密度进行比较，采用了方差分析(ANOVA)和显著性差异测试(HSD)。并对细菌操作分类单元的相对丰度和土壤理化性质在植物物种方面利用非度量多维尺度(NMS)进行了比较（4）。稀有植物（红椎披碱草属，樟子松，箭竹等）和普通植物群体（羊茅属，早熟禾等）之间存在差异并且每个分类单元对这种差异的作用分别进行了差异相似性分析(ANOSIM) 和相似百分比分析(SIMPER)(5)。将其中每个物种都看做一个重复，曼特尔测试被用来评估细菌群落的组成、局部的种植密度、土壤的理化性质、空间位置之间的关系。密切相关的植物因为有一个共同的祖先可以共享性状。为了解决这种进化的不独立性，我们计算系统发育的独立对比（PICS）（11）来确定细菌群落的组成和植株稀有性之间观测到的相关性，来确定草种的进化史是否独立。统计分析支持中部的假设，稀有植物与普通植物品种之间就根际细菌群落存在显著差异（ANOSIM 稀有与普通品种，全球 R=0.32，P=0.0001）（相关性结果见图1；植物丰度和Tukey HSD 测试结果见表1）。NMS的分析是从79个植物样品中进行249个不同细菌分类单位的鉴定(见补充材料S1)。最终的解决方案有三个大小，应激为12.2，显著比随机分配数据低（Monte Carlo 测试, P0.02, 50 次）。总的来说，轴解释说，89%的数据都在变化，轴1和轴2表明分别为29和28。根据PIC的分析，稀有性和细菌组成之间的相关性可以有力的证明各种草类的进化史（图 1 B）。 我们的研究结果与发现的不同丛枝菌根真菌（AMF）和Frankia菌株的Moora（17）和Huguet等人（12）相一致，分别在单对稀有品种的根部以及共同的同族元素方面。我们的工作延伸了他们的结论，因为我们复制了两个以上的稀有的和普通的植物物种，并且我们研究整个根际细菌的群落，而不仅仅是与植物相关的共生互惠的微生物。罕见和常见类群之间的两个分类单元最大的差别分别表现为432和118 bp的长（见补充材料表S1），稀有品种相对于常见的品种在关联上更丰富，分别为340和170（SIMPER）。由于众所周知的在获得T - RFLP分类标识方面的局限性（6，13），我们无法确定每个分类单元代表是潜在致病性菌或是互利共生细菌。尽管在分子工具上近期取得了进步，但是将微生物的组成或免疫特殊物种的存在与生态系统的进程联系起来还是比较困难的 (18, 19)。 证实Klironomos的珍稀物种积累病原菌的假说（14）后，将需要对此进一步研究。没想到的是，我们的数据表明，珍稀植物物种的细菌群落组成相对于其接近的常见同属植物，其细菌群落组成反而与其他珍稀物种的细菌群落组成相近（图1A），这表明，当地常见的植物相比于支持特定物种的共惠菌群更多的是分享同一类对他们有益的细菌群落，并可以得出一个结论，稀有品种伴随更多的广图1 （A）非度量多维尺度（NMS）的分析显示的位于Lilly-Dickey 森林保护区的8个草种的根际细菌群落的协调能力（末端限制性片段（T-RF）的丰度）（模型r2=0.89,压力=12.2,P0.02）。每个符号代表一种植物物种，每个点都是一个单体样本的根际群落的样品示范。植物样品的当地丰度图形中符号叠加的部分：符号越大，表明植物品种的当地丰度越大。（B）针对NMS的轴1与轴2的PICs的平均值绘制的植物当地丰度（单位平方米上植物数量）的系统发育独立对比（PICs）。回归分析曲线必须通过原点。NMS轴1，R=0.82，P=0.008，R=0.66，P=0.043，7个对比，代表了8个草种。 义上致病性细菌。在稀有物种分类单元上的病原菌都是特定主体的这一结果是违背Klironomos的预测的（14）。除了植物的相对丰度，土壤化学性质（见表1）也与细菌的分类单元组成的变化相关（曼特尔r=0.751, P=0.0002）（见表S2补充材料）。植物种类和土壤化学对微生物的组成和活动的相对重要性是不能通过观测研究来确定。然而，细菌组成（曼特尔r=0.011，P=0.47）和土壤特性（曼特尔r=-0.125，P=0.39）（见图S2的补充材料）缺乏空间联系表明,在根际土壤的化学差异可能是土壤细菌群落变化的第二个成果，而不是细菌组成变化的根本原因。 虽然我们专注于细菌多样性，但将菌根和其他土