Published March 22, 2021 | Version v1
Publication Open

Comparative Metagenomics Reveals Microbial Signatures of Sugarcane Phyllosphere in Organic Management

Creators

  • 1. King Mongkut's University of Technology Thonburi
  • 2. National Science and Technology Development Agency
  • 3. National Center for Genetic Engineering and Biotechnology
  • 4. King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang

Description

Converting conventional farms to organic systems to improve ecosystem health is an emerging trend in recent decades, yet little is explored to what extent and how this process drives the taxonomic diversity and functional capacity of above-ground microbes. This study was, therefore, conducted to investigate the effects of agricultural management, i.e., organic, transition, and conventional, on the structure and function of sugarcane phyllosphere microbial community using the shotgun metagenomics approach. Comparative metagenome analysis exhibited that farming practices strongly influenced taxonomic and functional diversities, as well as co-occurrence interactions of phyllosphere microbes. A complex microbial network with the highest connectivity was observed in organic farming, indicating strong resilient capabilities of its microbial community to cope with the dynamic environmental stressors. Organic farming also harbored genus Streptomyces as the potential keystone species and plant growth-promoting bacteria as microbial signatures, including Mesorhizobium loti , Bradyrhizobium sp. SG09, Lactobacillus plantarum , and Bacillus cellulosilyticus . Interestingly, numerous toxic compound-degrading species were specifically enriched in transition farming, which might suggest their essential roles in the transformation of conventional to organic farming. Moreover, conventional practice diminished the abundance of genes related to cell motility and energy metabolism of phyllosphere microbes, which could negatively contribute to lower microbial diversity in this habitat. Altogether, our results demonstrated the response of sugarcane-associated phyllosphere microbiota to specific agricultural managements that played vital roles in sustainable sugarcane production.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعد تحويل المزارع التقليدية إلى أنظمة عضوية لتحسين صحة النظام الإيكولوجي اتجاهًا ناشئًا في العقود الأخيرة، ومع ذلك لم يتم استكشاف سوى القليل إلى أي مدى وكيف تدفع هذه العملية التنوع التصنيفي والقدرة الوظيفية للميكروبات فوق الأرض. لذلك، أجريت هذه الدراسة للتحقيق في آثار الإدارة الزراعية، أي العضوية والانتقالية والتقليدية، على بنية ووظيفة المجتمع الميكروبي لقصب السكر باستخدام نهج ميتاجينوميكس البندقية. أظهر تحليل الميتاجينوم المقارن أن الممارسات الزراعية أثرت بشدة على التنوع التصنيفي والوظيفي، بالإضافة إلى التفاعلات المشتركة لميكروبات الغلاف النباتي. لوحظت شبكة ميكروبية معقدة ذات أعلى اتصال في الزراعة العضوية، مما يشير إلى قدرات مرنة قوية لمجتمعها الميكروبي للتعامل مع الضغوط البيئية الديناميكية. كما ضمت الزراعة العضوية جنس السلسليات باعتبارها الأنواع الرئيسية المحتملة والبكتيريا المعززة لنمو النبات كعلامات ميكروبية، بما في ذلك Mesorhizobium loti و Bradyrhizobium sp. SG09، Lactobacillus plantarum ، و Bacillus cellulosilyticus . ومن المثير للاهتمام أن العديد من الأنواع المتحللة للمركبات السامة تم إثراؤها على وجه التحديد في الزراعة الانتقالية، مما قد يشير إلى أدوارها الأساسية في تحويل الزراعة التقليدية إلى الزراعة العضوية. علاوة على ذلك، قللت الممارسة التقليدية من وفرة الجينات المتعلقة بحركة الخلايا واستقلاب الطاقة لميكروبات الغلاف النباتي، مما قد يساهم سلبًا في تقليل التنوع الميكروبي في هذا الموطن. إجمالاً، أظهرت نتائجنا استجابة ميكروبات الغلاف النباتي المرتبطة بقصب السكر لإدارات زراعية محددة لعبت أدوارًا حيوية في الإنتاج المستدام لقصب السكر.

Translated Description (French)

La conversion des fermes conventionnelles en systèmes biologiques pour améliorer la santé des écosystèmes est une tendance émergente au cours des dernières décennies, mais peu est exploré dans quelle mesure et comment ce processus entraîne la diversité taxonomique et la capacité fonctionnelle des microbes hors sol. Cette étude a donc été menée pour étudier les effets de la gestion agricole, c'est-à-dire biologique, de transition et conventionnelle, sur la structure et la fonction de la communauté microbienne de la phyllosphère de la canne à sucre en utilisant l'approche métagénomique du fusil de chasse. L'analyse comparative du métagénome a montré que les pratiques agricoles influençaient fortement les diversités taxonomiques et fonctionnelles, ainsi que les interactions de co-occurrence des microbes de la phyllosphère. Un réseau microbien complexe avec la connectivité la plus élevée a été observé dans l'agriculture biologique, indiquant de fortes capacités de résilience de sa communauté microbienne pour faire face aux facteurs de stress environnementaux dynamiques. L'agriculture biologique abritait également le genre Streptomyces en tant qu'espèce clé potentielle et les bactéries favorisant la croissance des plantes en tant que signatures microbiennes, notamment Mesorhizobium loti , Bradyrhizobium sp. SG09, Lactobacillus plantarum et Bacillus cellulosilyticus . Fait intéressant, de nombreuses espèces toxiques dégradant les composés ont été spécifiquement enrichies dans l'agriculture de transition, ce qui pourrait suggérer leur rôle essentiel dans la transformation de l'agriculture conventionnelle en agriculture biologique. De plus, la pratique conventionnelle a diminué l'abondance des gènes liés à la motilité cellulaire et au métabolisme énergétique des microbes de la phyllosphère, ce qui pourrait contribuer négativement à réduire la diversité microbienne dans cet habitat. Au total, nos résultats ont démontré la réponse du microbiote de la phyllosphère associé à la canne à sucre à des gestions agricoles spécifiques qui ont joué un rôle vital dans la production durable de canne à sucre.

Translated Description (Spanish)

La conversión de granjas convencionales a sistemas orgánicos para mejorar la salud del ecosistema es una tendencia emergente en las últimas décadas, pero se explora poco hasta qué punto y cómo este proceso impulsa la diversidad taxonómica y la capacidad funcional de los microbios sobre el suelo. Por lo tanto, este estudio se realizó para investigar los efectos del manejo agrícola, es decir, orgánico, de transición y convencional, en la estructura y función de la comunidad microbiana de la filosfera de la caña de azúcar utilizando el enfoque de la metagenómica de escopeta. El análisis comparativo del metagenoma mostró que las prácticas agrícolas influyeron fuertemente en las diversidades taxonómicas y funcionales, así como en las interacciones de co-ocurrencia de los microbios de la filosfera. Se observó una red microbiana compleja con la mayor conectividad en la agricultura orgánica, lo que indica una fuerte capacidad de resistencia de su comunidad microbiana para hacer frente a los factores estresantes ambientales dinámicos. La agricultura orgánica también albergó el género Streptomyces como la posible especie clave y las bacterias promotoras del crecimiento de las plantas como firmas microbianas, incluyendo Mesorhizobium loti , Bradyrhizobium sp. SG09, Lactobacillus plantarum y Bacillus cellulosilyticus . Curiosamente, numerosas especies tóxicas degradantes de compuestos se enriquecieron específicamente en la agricultura de transición, lo que podría sugerir su papel esencial en la transformación de la agricultura convencional a la orgánica. Además, la práctica convencional disminuyó la abundancia de genes relacionados con la motilidad celular y el metabolismo energético de los microbios de la filosfera, lo que podría contribuir negativamente a una menor diversidad microbiana en este hábitat. En conjunto, nuestros resultados demostraron la respuesta de la microbiota de la filosfera asociada a la caña de azúcar a gestiones agrícolas específicas que desempeñaron un papel vital en la producción sostenible de caña de azúcar.

Files

pdf.pdf

Files (5.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:a19e8075f6f2fd1c5ae4d90241dfb2b3
5.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الميتاجينوميات المقارنة تكشف عن البصمات الميكروبية للغلاف النباتي لقصب السكر في الإدارة العضوية
Translated title (French)
La métagénomique comparative révèle les signatures microbiennes de la phyllosphère de canne à sucre dans la gestion biologique
Translated title (Spanish)
La metagenómica comparativa revela las firmas microbianas de la filosfera de la caña de azúcar en el manejo orgánico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3136843663
DOI
10.3389/fmicb.2021.623799

Is supplement to
https://openalex.org/W4211187982 (Other)
https://openalex.org/W4210554906 (Other)
https://openalex.org/W3123426756 (Other)
https://openalex.org/W3033959413 (Other)
https://openalex.org/W2995622029 (Other)
https://openalex.org/W2131308286 (Other)
https://openalex.org/W2064118070 (Other)
https://openalex.org/W1945604187 (Other)
https://openalex.org/W178036134 (Other)
https://openalex.org/W1541386068 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1536709216
  • https://openalex.org/W1562254863
  • https://openalex.org/W1694141309
  • https://openalex.org/W1966561554
  • https://openalex.org/W1967161193
  • https://openalex.org/W1967673660
  • https://openalex.org/W1977338867
  • https://openalex.org/W1989975932
  • https://openalex.org/W1993843667
  • https://openalex.org/W1998231556
  • https://openalex.org/W2004868347
  • https://openalex.org/W2010469750
  • https://openalex.org/W2021790735
  • https://openalex.org/W2021843939
  • https://openalex.org/W2022358435
  • https://openalex.org/W2022904272
  • https://openalex.org/W2034475154
  • https://openalex.org/W2038683125
  • https://openalex.org/W2039359033
  • https://openalex.org/W2044712133
  • https://openalex.org/W2045204781
  • https://openalex.org/W2048124107
  • https://openalex.org/W2050029298
  • https://openalex.org/W2051509002
  • https://openalex.org/W2056279562
  • https://openalex.org/W2060272146
  • https://openalex.org/W2060491674
  • https://openalex.org/W2062307117
  • https://openalex.org/W2070040136
  • https://openalex.org/W2077631777
  • https://openalex.org/W2082113859
  • https://openalex.org/W2086033498
  • https://openalex.org/W2094116491
  • https://openalex.org/W2101220621
  • https://openalex.org/W2102038853
  • https://openalex.org/W2103483644
  • https://openalex.org/W2105680496
  • https://openalex.org/W2109724268
  • https://openalex.org/W2110256992
  • https://openalex.org/W2113977541
  • https://openalex.org/W2119513265
  • https://openalex.org/W2121157209
  • https://openalex.org/W2123088743
  • https://openalex.org/W2124217459
  • https://openalex.org/W2124675240
  • https://openalex.org/W2127553543
  • https://openalex.org/W2131271579
  • https://openalex.org/W2132879315
  • https://openalex.org/W2133856765
  • https://openalex.org/W2141971286
  • https://openalex.org/W2142081862
  • https://openalex.org/W2144642776
  • https://openalex.org/W2147096752
  • https://openalex.org/W2151227467
  • https://openalex.org/W2151599974
  • https://openalex.org/W2159675211
  • https://openalex.org/W2160716612
  • https://openalex.org/W2170551349
  • https://openalex.org/W2199502949
  • https://openalex.org/W2229542287
  • https://openalex.org/W2273761496
  • https://openalex.org/W2285810463
  • https://openalex.org/W2289510271
  • https://openalex.org/W2340861812
  • https://openalex.org/W2345658906
  • https://openalex.org/W2386621288
  • https://openalex.org/W2417867048
  • https://openalex.org/W2432815617
  • https://openalex.org/W2465493077
  • https://openalex.org/W2478869544
  • https://openalex.org/W2510483127
  • https://openalex.org/W2528418383
  • https://openalex.org/W2556685320
  • https://openalex.org/W2566908755
  • https://openalex.org/W2595327349
  • https://openalex.org/W2604152291
  • https://openalex.org/W2618678783
  • https://openalex.org/W2619798870
  • https://openalex.org/W2738359482
  • https://openalex.org/W2740330000
  • https://openalex.org/W2752867806
  • https://openalex.org/W2772896333
  • https://openalex.org/W2779346378
  • https://openalex.org/W2782835102
  • https://openalex.org/W2792500222
  • https://openalex.org/W2793846313
  • https://openalex.org/W2885206122
  • https://openalex.org/W2890200055
  • https://openalex.org/W2890797363
  • https://openalex.org/W2890970077
  • https://openalex.org/W2895009471
  • https://openalex.org/W2901477887
  • https://openalex.org/W2903196395
  • https://openalex.org/W2906199099
  • https://openalex.org/W2909583542
  • https://openalex.org/W2914278310
  • https://openalex.org/W2917600372
  • https://openalex.org/W2920828368
  • https://openalex.org/W2921229576
  • https://openalex.org/W2944264561
  • https://openalex.org/W2947396137
  • https://openalex.org/W2950484163
  • https://openalex.org/W2951220983
  • https://openalex.org/W2951605622
  • https://openalex.org/W2951961231
  • https://openalex.org/W2953426284
  • https://openalex.org/W2954931172
  • https://openalex.org/W2960795115
  • https://openalex.org/W2968365924
  • https://openalex.org/W2980913608
  • https://openalex.org/W2985094100
  • https://openalex.org/W2990618091
  • https://openalex.org/W2994759188
  • https://openalex.org/W3000052070
  • https://openalex.org/W3000052520
  • https://openalex.org/W3016210073
  • https://openalex.org/W3027841425
  • https://openalex.org/W3030441098
  • https://openalex.org/W3034562278
  • https://openalex.org/W3101093587
  • https://openalex.org/W4254687493
  • https://openalex.org/W4294216483