植物根际微生物组存在昼夜节律

文章2017年6月发表在Microbiome上，与2016年Cell发表《微生物组昼夜节律影响宿主转录组波动》的小鼠文章思路相似，但材料原创。

摘要

背景

昼夜节律调控植物的代谢功能，甚至影响植物的健康和繁殖。根际细菌主要受土壤类型影响，其对植物生长、健康和发育中起至关重要的作用。使用Illumina新一代测序结合高分辨率质谱技术，我们对拟南芥野生型(Col-0)和无节律的株系(OX34，异位表达时钟调控转录因子cca1)，以土壤为对照，确定周期的动态如何影响微生物群落。同时短柄草(BD21)的菌群用于进一步验证昼夜节律现象。

结果

在野生型植株白天和黑夜下菌群结果存在显著区域(P=0.031)。还有13%的群体表现出昼夜节律，主要包括伯克氏菌科Burkholderiaceae, 红螺菌科Rhodospirillaceae, 浮霉菌科Planctomycetaceae,和 Gaiellaceae(放线菌门放线菌纲，无中文名)表现出与光周期相关。然而，在土壤和突变体中确没有明显昼夜循环的变化。同样的规律在短柄草中也观察到。功能基因分析发现，碳水化合物代谢在黎明和黑夜中更丰富。此外，根际的有机质在白天和黑夜存在显著变异。

结论

结果表明细菌群体受宿主昼夜节律影响，很可能是通过宿主的代谢产物调控。细菌的时间依赖于宿主，表明植物与微生物间动态的碳代谢与交换。同等重要的是，昼夜时间对微生物群落的影响在研究中应当被考虑。

主要结果

图1.在目水平展示存在昼夜显著变化的OTUs

为什么选择目，因为目级别即不大，又不小，在七级分类学处于最中间，很适合用来説事。讲故事，选择的依据是，即有内容，而又不显得在罗列数据。具体的实践更要结合研究结果的显著程度。具体从那个分类级别描述，自己体会吧！

值得注意一点，分类学展示经常使用堆叠柱状图，展示全部100%，其实不容易观察差异。作者只展示差异部分，比较好突出差异的目。如果使用上调/下调分类讨论，再添加柱状图间连线，效果可能会更好。详见- 堆叠柱状图各成分连线画法：突出组间变化

图2. 昼夜节律中主要差异的代谢物

火山图展示质谱鉴定得到的昼夜间显著差异的有机化合物。其中2倍差异且P < 0.05的阈值筛选，并标为粉色(请问FDR是多少？)。两边各用箱线图突出了个别化合物存在显著差异，值得学习借鉴。

图3. 门及变形菌纲在昼夜中的变化

采用堆叠柱状图展示门水平(变形菌门在植物中较丰度，占比有时超一半，将其为alpha, beta, gemma和delta四个纲与其它门级别并列的用法比较合理)按时间出现周期变化的规律。其实作者如果不只用Excel画柱状图。如改用R绘图，如 - ggalluvial：冲击图展示组间变化、时间序列，那效果一定会更好。

图4. 日夜间显著差异的OTUs科水平分布

按科水平对差异OTUs丰度进行合并和着色展示。我看怎么感觉突变体和土壤的昼夜节律更明显呢?有疑问的可以细读下原文。

图5. LEfSe统计功能差异

作者一定是采用Picurst对OTU表进行了功能预测，相关分析方法见- PICRUSt预测群落功能基因和代谢通路KO。但个人觉得，差异展示，如果结果好，来个热图展示所有样品才更有说服力(柱状图是信息最少的)。

总结与点评

本文研究思路比较新颖，能够抓住热点，用简单的实验组合，很好的描述了一个较为科普类型的科学问题，是套路化文章中的代表作，经验非常值得学习。

明显的不足是可视化水平一般，如果配合上更专业的数据分析和可视化，结果的美观和可读性会有质的提高。

热心肠日报导读

原标题：根围菌群的昼夜循环与碳代谢变化相关

① 生物钟调节植物代谢功能，植物根围菌群影响植物的生长、健康和发育；
② 对比野生型拟南芥和异位表达生物钟相关cca1转录因子的OX34突变株的根围菌群；
③ 野生型植物的根围菌群呈现出明显的昼夜差异，13%的菌群表现出周期性，伯克氏菌科等细菌的丰度呈现出与光照周期相关的波动；
④ 土壤菌群及CCAox34突变株的根围菌群仅表现出有限的周期性，仅有短柄草属呈现出较弱的周期性；
⑤ 参与碳水化合物代谢的基因在黎明前或深夜的样本中丰度更高。

Reference

Staley, Christopher, Abigail P. Ferrieri, Malak M. Tfaily, Yaya Cui, Rosalie K. Chu, Ping Wang, Jared B. Shaw et al. “Diurnal cycling of rhizosphere bacterial communities is associated with shifts in carbon metabolism.” Microbiome 5, no. 1 (2017): 65. 10.1186/s40168-017-0287-1
http://www.xunludkp.com/papers/read/1075130752?kf=mobile.search
Thaiss, C. A., et al. (2016). “Microbiota Diurnal Rhythmicity Programs Host Transcriptome Oscillations.” Cell 167(6): 1495-1510 e1412.

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