Burada, toprak, rizosferde ve kök endosphere microbiomes amplicon sıra verileri elde etmek için bir protokol açıklayın. Bu bilgiler kompozisyon ve çeşitlilik bitki ilişkili mikrobiyal toplulukların araştırmak için kullanılan ve bitki türlerinin geniş bir kullanım için uygundur.
Bitki ana bilgisayar ile ilişkili mikroorganizmalar arasında samimi etkileşim bitki fitness belirlemede önemlidir ve geliştirilmiş dayanıklılık abiyotik gerilmeler ve hastalıklar için teşvik edebilirsiniz. Bitki microbiome olabilir gibi son derece karmaşık, düşük maliyetli, yüksek üretilen iş amplicon tabanlı sıralama 16S rRNA gen gibi sık sık onun mikrobiyal kompozisyon ve çeşitlilik karakterize için tercih edilen yöntemlerdir. Ancak, bu tür deneyler zaman uygun metodoloji yelpazesi analizi ve örnekleri ve çalışmaları arasında karşılaştırmalar zorlaştırabilir önyargıları azaltmak için önemlidir. Bu iletişim kuralı, toplama ve DNA ekstraksiyon toprak, rizosferde ve kök örnekleri için standart bir metodoloji ayrıntılı olarak anlatılmaktadır. Buna ek olarak, biz Bu örneklerdeki bakteri toplulukları bileşimi keşfi için izin veren bir iyi kurulmuş 16S rRNA amplicon sıralama boru hattı vurgulayın ve kolayca diğer marker gen için adapte edilebilir. Bu boru hattı bitki türleri, sorgum, Mısır, buğday, çilek ve agav, dahil olmak üzere çeşitli için doğrulandı ve bitki organelleri kirlenme ile ilgili sorunların üstesinden yardımcı olabilir.
Microbiomes bitki ilişkili dinamik ve karmaşık mikrobiyal topluluklar bakteri, arkeler, virüsler, mantarlar ve diğer ökaryotik mikroorganizmaların oluşur. Bitki hastalık neden onların iyi okudu rol yanı sıra, bitki ilişkili mikroplar da olumlu bitki sağlığı biyotik ve abiyotik stres tolerans iyileştirilmesi, besin kullanılabilirliği teşvik ve bitki büyüme yoluyla artırılması etkileyebilir etki üretimi. Bu nedenle, özellikle bitki kök endospheres, rhizospheres ve çevresindeki toprak ile ilişkilendirmek takson karakterize bulunmaktadır. Bazı mikroplar izolasyon laboratuvar oluşturulan medya kültürlü olabilir, birçok kısmen diğer mikroplar ile simbiyotik ilişkiler üzerine güveniyor olabilir çünkü çok yavaş büyümek değil veya bir laboratuar ortamında yinelenemez koşulları gerektirir. Serisi tabanlı filogenetik çevre ve ana bilgisayar ilişkili mikrobiyal örnekleri profil oluşturma ekimi ihtiyacını kaçınmanızı sağlar ve nispeten ucuz ve yüksek üretilen iş çünkü, mikrobiyal topluluk raporlaması için tercih edilen bir yöntem haline gelmiştir kompozisyon.
Yeni nesil (NGS) platformları1 sıralama çeşitli tarafından sağlanan uygun sıralama teknolojileri seçimi önemli faktörler de dahil olmak üzere kullanıcıların gereksinimlerini üzerinde bağlıdır: istediğiniz kapsamı, amplicon uzunluğu, beklenen toplum çeşitlilik, hem de hata oranı, okuma-uzunluk ve maliyet-başına-Çalıştır/megabase sıralama. Amplicon tabanlı sıralama deneylerinde dikkate alınması gereken başka bir ne gen AMPLİFİKATÖRLÜ olacaktır ve ne astar kullanılacak olan değişkendir. Tasarlarken veya astar seçimi yaparken, araştırmacılar genellikle bileşimleri amplifikasyon evrensellik ve taksonomik çözünürlük arasında ortaya çıkan amplicons üzerinden ulaşılabilir yapmak zorunda kalıyor. Bu nedenle, bu tür çalışmalar kez astar ve seçmeli olarak microbiome belirli alt kümeleri hedef işaretleyiciler açmadı. Bakteriyel topluluklar kompozisyonu değerlendirmek genellikle bir veya daha fazla bakteri 16S rRNA gen2,3hypervariable bölgelerin sıralama tarafından gerçekleştirilir. Bu çalışmada, biz dayalı bir amplicon tarif sıralama iletişim kuralı bu hedefleri 500 bp V3 V4 bölge için yeterli değişkenlik de sağlarken geniş amplifikasyon bakteriyel özellikleri sağlar bakteriyel 16S rRNA gen NGS platformu için geliştirilen farklı özellikleri arasında ayrım. Ayrıca, bu iletişim kuralı kolayca diğer astar kümelerini, mantar ITS2 işaretçisi veya Ökaryotlar 18S rRNA altbirim hedefleme ile kullanmak için adapte edilebilir.
Av tüfeği metagenomics, metatranscriptomics ve tek hücreli sıralama, çözümlenmiş mikrobiyal genleri ve topluluk işlevi daha doğrudan ölçümü de dahil olmak üzere diğer avantajlar sunuyor gibi diğer yaklaşımlar, bu tekniklerin genellikle daha fazla iken Burada açıklanan4pahalı ve filogenetik profil oluşturma daha yoğun hesaplama. Ayrıca, performans üzerinde kök örnekleri av tüfeği metagenomics ve metatranscriptomics okuma için ana bitki genom ait büyük bir yüzdesi görüntüler ve bu sınırlamayı aşmak için yöntemleri hala gelişmiş5,6davranıyorsun.
Herhangi bir deneysel platformunda olduğu gibi amplicon tabanlı profil oluşturma deneysel tasarım ve veri çözümleme sırasında dikkate alınması gereken potansiyel önyargıları bir dizi neden olabilir. Bu örnek koleksiyonu, DNA ekstraksiyon, PCR astar yelpazesi ve Kütüphane hazırlık nasıl gerçekleştirildiğini yöntemleri içerir. Farklı yöntem oluşturulan kullanılabilir veri miktarını önemli ölçüde etkileyebilir ve ayrıca çabaları çalışmalar arasında karşılaştırılması için engel olabilir. Örneğin, rizosferde bakteri7 ve farklı çıkarma teknikleri veya seçim DNA ekstraksiyon kitleri8,9 kaldırma yöntemi gösterilmiştir aşağı akım analizi, yol açan önemli ölçüde etkisi farklı sonuçlar ile ilgili mikroplar hediye ve onların göreceli zenginliği olan. Amplicon tabanlı profil oluşturma özelleştirilmiş beri çalışmalar arasında karşılaştırmalar yapmak zor olabilir. Earth Microbiome projesi bitki ilişkili microbiome gibi karmaşık sistemleri eğitim araştırmacılar standart protokoller geliştirme uygulama tarafından neden olduğu değişkenlik en aza indirme aracı olarak yararlanacak önerdi farklı yöntemleri arasında çalışmalar10,11. Burada, biz Yukarıdaki konuların pek çok tartışmak ve en iyi uygulamalar olarak nereye teklif öneriler uygun.
Protokol sorgum bicolor ve köklü bir DNA izolasyon kit11kullanarak açılan DNA toplama toprak, rizosferde ve kök örnekleri sürecini gösterir. Ayrıca, bizim iletişim kuralı bir detaylı amplicon sıralama iş akışı, bakteriyel topluluklar12,13,14yapısını belirlemek için yaygın olarak kullanılan bir NGS platformu kullanarak içerir. Bu iletişim kuralı kullanmak üzere çok çeşitli bitki kökleri, rizosferde ve ilişkili-toprak sorgum bicolor, Zea mays ve Triticum soğanı15de dahil olmak üzere 18 monocot tür yayınlanan bir çalışmada konaklarda doğrulandı. Bu yöntem aynı zamanda diğer marker gen kullanılmak üzere mantar ITS2 marker gen çalışmaları agav microbiome16,17 ve çilek microbiome eğitim için başarılı uygulama tarafından gösterildiği gibi doğrulandı 18.
Bu iletişim kuralı kök endosphere, rizosferde ve toprak mikrobiyal topluluk kompozisyonlar, örnek işleme ve aşağı akım sıralama alanı örnekleme keşfetmek için kurulan bir boru hattı gösterir. Eğitim microbiomes kök ilişkili benzersiz sorunlar, kusura bakma ama kısmen örnekleme doğal zorluklar için topraktan sunar. Toprak son derece değişken fiziksel ve kimyasal özellikleri açısından vardır ve farklı toprak koşullarına kadar az birkaç milimetre28,<sup cl…
The authors have nothing to disclose.
Bu eser USDA-ARS (CRIS 2030-21430-008-00D) tarafından finanse edildi. TS NSF yüksek lisans araştırma bursu programı tarafından desteklenmektedir.
0.1-10/20 µL filtered micropipette tips | USA Scientific | 1120-3810 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
1.5 mL microcentrifuge tubes | USA Scientific | 1615-5510 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
10 µL multi-channel pipette | Eppendorf | 3122000027 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
10 µL, 100 µL, and 1000 µL micropipettes | Eppendorf | 3120000909 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
100 µL multi-channel pipette | Eppendorf | 3122000043 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
1000 µL filtered micropipette tips | USA Scientific | 1122-1830 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
2 mL microcentrifuge tubes | USA Scientific | 1620-2700 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
2 mm soil sieve | Forestry Suppliers | 60141009 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
200 µL filtered micropipette tips | USA Scientific | 1120-8810 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
25 mL reservoirs | VWR International LLC | 89094-664 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
50 mL conical vials | Thermo Fisher Scientific | 352098 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
500 mL vacuum filters (0.2 µm pore size) | VWR International LLC | 156-4020 | |
96-well microplates | USA Scientific | 655900 | |
96-well PCR plates | BioRad | HSP9631 | |
Agencourt AMPure XP beads | Thermo Fisher Scientific | NC9933872 | Instructions for use: https://www.beckmancoulter.com/wsrportal/ajax/downloadDocument/B37419AA.pdf?autonomyId=TP_DOC_150180&documentName=B37419AA.pdf |
Aluminum foil | Boardwalk | 7124 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Analytical scale with 0.001 g resolution | Ohaus Pioneer | PA323 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Bioruptor Plus ultrasonicator | Diagenode | B01020001 | |
Bovine Serum Albumin (BSA) 20 mg/mL | New England Biolabs | B9000S | |
Centrifuge | Eppendorf | 5811000908 | Including 50mL and 96-well plate bucket adapters |
Cryogenic gloves | Millipore Sigma | Z183490 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
DNeasy PowerClean kit (optional) | Qiagen Inc. | 12877-50 | Previously MoBio |
DNeasy PowerSoil kit | Qiagen Inc. | 12888-100 | Previously MoBio |
Dry ice | Any | NA | |
DynaMag-2 magnet | Thermo Fisher Scientific | 12321D | Do not substitute |
Ethanol | VWR International LLC | 89125-188 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Gallon size freezer bags | Ziploc | NA | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Gemini EM Microplate Reader | Molecular Devices | EM | Can use another fluorometer that reads 96-well plates from the top. |
K2HPO4 | Sigma-Aldrich | P3786 | |
KH2PO4 | Sigma-Aldrich | P5655 | |
Lab coat | Workrite | J1367 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Liquid N2 | Any | NA | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Liquid N2 dewar | Thermo Fisher Scientific | 4150-9000 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Milli-Q ultrapure water purification system | Millipore Sigma | SYNS0R0WW | |
Mini-centrifuge | Eppendorf | 5404000014 | |
Molecular grade water | Thermo Fisher Scientific | 4387937 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Mortars | VWR International LLC | 89038-150 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Nitrile gloves | Thermo Fisher Scientific | 19167032B | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Paper towels | VWR International LLC | BWK6212 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
PCR plate sealing film | Thermo Fisher Scientific | NC9684493 | |
PCR strip tubes | USA Scientific | 1402-2700 | |
Pestles | VWR International LLC | 89038-166 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Plastic spatulas | LevGo, Inc. | 17211 | |
Platinum Hot Start PCR Master Mix (2x) | Thermo Fisher Scientific | 13000014 | |
PNAs – chloroplast and mitochondrial | PNA Bio | NA | Make sure to verify sequence bioinformatically |
Protective eyewear | Millipore Sigma | Z759015 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Qubit 3.0 Fluorometer | Thermo Fisher Scientific | Q33216 | |
Qubit dsDNA HS assay kit | Thermo Fisher Scientific | Q32854 | |
Rubber mallet (optional) | Ace Hardware | 2258622 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Shears or scissors | VWR International LLC | 89259-936 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Shovel | Home Depot | 2597400 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Soil core collector (small diameter: <1 inch) | Ben Meadows | 221700 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Spray bottles | Santa Cruz Biotechnology | sc-395278 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Standard desalted barcoded primers (10 µM) (Table 1) | IDT | NA | 4 nmole Ultramer DNA Oligo with standard desalting. NGS adapter and sequencing primer (Table 1) are designed for use with Illumina MiSeq using v3 chemistry. |
Thermocycler | Thermo Fisher Scientific | E950040015 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100 | Can substitute with equivalent from other suppliers. |
Weigh boats | Spectrum Chemicals | B6001W | Can substitute with equivalent from other suppliers. |