Arbuskulære mykorrhizale svampesamfund eksponeret med ny DNA-sekventeringsmetode

Rødderne af de fleste landplanter er koloniseret af arbuskulære mykorrhizasvampe, som hjælper deres plantepartnere med at vokse, samtidig med at de påvirker det bredere miljø. Deres skjulte natur har betydet, at disse svampe er dårligt forstået, men forskere fra Chicago Botanic Garden og Northwestern University har udviklet en ny tilgang til at opdage og identificere de mange arter, der er involveret i disse økologisk vitale samfund.

Arbuskulære mykorrhizasvampe samarbejder med omkring 65-75 % af landplanterne for at forsyne dem med næringsstoffer fra jorden til gengæld for sukker fremstillet under fotosyntesen. Disse svampesamfund har stor indflydelse på de typer planter, der kan vokse et bestemt sted, og forskere er ivrige efter at lære mere om deres mangfoldighed og deres økologiske effekter. Imidlertid, arten af ​​arbuskulære mykorrhizaer betyder, at svampene vokser i plantevævet, så det kan være svært at sige, hvilke arter der findes i et bestemt miljø.

Selvom DNA-sekventering er blevet brugt til at identificere omkring 350 af de mest udbredte arbuskulære mykorrhizale svampe i visse regioner, disse tilgange vil næppe give et fuldstændigt billede af arten i et bestemt miljø. For bedre at karakterisere mangfoldigheden af ​​de arbuskulære mykorrhizasvampe, Ph.d.-kandidat Benjamin Morgan og hans vejleder Dr. Louise Egerton-Warburton udviklede en ny teknik, der er i stand til at opdage de sjældnere svampearter i et samfund, bane vejen for fremtidig indsigt i, hvordan de kan variere som reaktion på miljøændringer. Deres resultater er offentliggjort i et nyligt nummer af Ansøgninger i plantevidenskab .

Morgan og Egerton-Warburton byggede på de seneste fremskridt i karakteriseringen af ​​arbuskulære mykorrhizale samfund ved at tilpasse dokumenterede svampespecifikke DNA-sekventeringsværktøjer til brug med avancerede teknologier. De tilføjede et "stregkode" tag til primerne, molekyler, der binder til DNA, for at tillade dem at blive brugt med ekstremt følsomt high-throughput DNA-sekventeringsudstyr til at detektere sjældnere arter.

Forskerne brugte denne nye tilgang til at analysere jord- og rodprøver fra to skove på Yucatán-halvøen, Mexico, afslører et af de højeste niveauer af artsrigdom, der er registreret til dato. De identificerede 2, 213 "operationelle taksonomiske enheder" (OTU'er), som repræsenterer enten separate arter eller genetisk variable individer fra et mindre sæt arter. De arbuskulære mykorrhizale svampesamfund var domineret af et lille antal meget almindelige svampe; kun 22 OTU'er tegnede sig for 89% af DNA-sekvenserne identificeret i undersøgelsen. Morgan uddyber, "Det store antal velunderstøttede OTU'er var overraskende, og afspejler sandsynligvis den øgede følsomhed af denne tilgang og dens evne til at fange sjældne taxa, der let ville blive overset i sporebaserede samfundsassays og andre sekventeringstilgange."

Forskerne var også fascinerede af de forskelle, de opdagede mellem svampesamfundene på de to undersøgelsessteder, som har meget ens plantesamfund og kun er 50 miles fra hinanden. Jordens alkalinitet og niveauerne af nitrogen og fosfor i jorden resulterede i, at visse grupper af arter var mere almindelige på det ene eller det andet sted, hvor forskellene er mest udtalte i de sjældnere OTU'er. Fremtidige undersøgelser vil sandsynligvis afsløre mange flere miljøinteraktioner, forklarer Morgan:"Dette er egentlig bare et øjebliksbillede af to arbuskulære mykorrhizasvampesamfund. I betragtning af den enorme betydning af den våde/tørre sæsonvariation for økologien af ​​disse systemer, meget mere omfattende sæsonbestemt resampling har været et primært mål for vores opfølgning på det aktuelt offentliggjorte arbejde".

Arbuskulære mykorrhizale svampesystemer spiller en afgørende rolle i deres miljø, påvirker de planter, der kan vokse der, og de næringsstoffer, der lagres og frigives fra jorden. Denne undersøgelse er en lovende start på udvidelsen af ​​vores viden om disse systemer. Morgan fortsætter, "Det er meget sandsynligt, at den globale arbuskulære molekylære svampediversitet er meget højere end de nuværende estimater. I betragtning af deres betydning for udformningen af ​​økosystemer, vi er interesserede i at lære mere om disse arter og deres mulige funktioner, især i samfund, der sandsynligvis vil gennemgå betydelige ændringer som følge af menneskeskabte forstyrrelser og klimaændringer i de kommende årtier."