Biochar-amended potting medium reduces the susceptibility of rice to root-knot nematode infections

Background: Biochar is a solid coproduct of biomass pyrolysis, and soil amended with biochar has been shown to enhance the productivity of various crops and induce systemic plant resistance to fungal pathogens. The aim of this study was to explore the ability of wood biochar to induce resistance to the root-knot nematode (RKN) Meloidogyne graminicola in rice (Oryza sativa cv. Nipponbare) and examine its histochemical and molecular impact on plant defense mechanisms. Results: A 1.2 % concentration of biochar added to the potting medium of rice was found to be the most effective at reducing nematode development in rice roots, whereas direct toxic effects of biochar exudates on nematode viability, infectivity or development were not observed. The increased plant resistance was associated with biochar-primed H2O2 accumulation as well as with the transcriptional enhancement of genes involved in the ethylene (ET) signaling pathway. The increased susceptibility of the Ein2b-RNAi line, which is deficient in ET signaling, further confirmed that biochar-induced priming acts at least partly through ET signaling. Conclusion: These results suggest that biochar amendments protect rice plants challenged by nematodes. This priming effect partially depends on the ET signaling pathway and enhanced H2O2 accumulation

Stuurbaar bodemleven? Effect van lignine-rijke gewasresten op Verticillium

In de biologische glastuinbouw is een goede bodemgezondheid van cruciaal belang. Het streven is om een systeem te ontwikkelen met meer veerkracht en een betere bodemweerbaarheid. In dit onderzoek wordt het bodemleven gevoed met lignine-rijke gewasresten. Het doel is om de natuurlijk voorkomende witrotschimmels te stimuleren die lignine omzetten, en daarmee ook de overlevingsstructuren (microsclerotiën) van plant-pathogene Verticillium schimmels af te breken. Houtige gewassen bevatten het meeste lignine, gevolgd door grassen en granen. Ook gewasresten van broccoli en boon bevatten relatief veel lignine. In een laboratorium proef is grond van twee bedrijven met een natuurlijke besmetting met Verticillium dahliae gemengd met 7 lignine-rijke gewasresten. De twee gronden reageerden verschillend. Op locatie Schalkwijk (rivierklei) hadden maïsstengels, broccoli, rietstengels en Japanse haver (Avena strigosa av. astrigosa) een significant effect op de hoeveelheid levensvatbare microsclerotiën in de bodem. In 4 weken is in de variant met 10% (m/m) maïsstengels de hoeveelheid Verticillium met 69% afgenomen ten opzichte van de controle. Op locatie Tinte (zeeklei) hadden alleen rietblad en rietstengel een significant effect. Door toevoeging van rietblad (10% m/m) neemt de hoeveelheid Verticillium met 66% af. Op locatie Tinte is er een significante relatie tussen de hoeveelheid toegevoegde lignine en de afname van het aantal microsclerotiën van Verticillium. Voor locatie Schalkwijk is dit verband niet gevonden, hier spelen mogelijk andere mechanismen een rol. In de potproef is 1, 2 en 10% (m/m) riet en 2% tarwestro ingewerkt in van nature met Verticillium besmette grond. Na 12 weken zijn in de variant met 2% riet 75% minder microsclerotiën van Verticillium aanwezig dan in de controle, maar deze afname is niet significant. Resultaten van real-time PCR analyse laten echter wel een significante afname van de hoeveelheid Verticillium zien, in de varianten waar 1% en 10% riet is ondergewerkt. Bij toenemende percentages riet, neemt ook de immobilisatie van stikstof significant toe. Stro veroorzaakt meer immobilisatie dan riet. In de praktijkproef is 2% (m/m) riet ondergewerkt. Na 3 weken is er op het perceel paprika geplant. Na in totaal 12 weken is de afname van de hoeveelheid Verticillium bepaald. Uitplaten laat een lichte stijging zien van de hoeveelheid Verticillium in de controle, terwijl in de behandeling met 2% riet de hoeveelheid Verticillium afneemt. Deze verschillen zijn echter niet significant. Bij de real-time PCR analyse zien we een significant effect van het bemonsteringstijdstip. In december is er meer DNA van Verticillium in de bodem dan in maart. Dit is echter ook in de controle het geval. Er is dus geen significant effect meetbaar van het toevoegen van de gewasresten aan de bodem. In alle experimenten is veel meer Verticillium tricorpus aanwezig dan Verticillium dahliae. V. dahliae kan al in zeer kleine hoeveelheden gewasschade aanbrengen. De rol van V. tricorpus is onduidelijk. DNA sequencing van een isolaat van V. tricorpus op het betreffende glastuinbouw bedrijf laat zien dat deze soort geclassificeerd kan worden als Verticillium isaacii. Het is noodzakelijk een goed beeld te krijgen van de aanwezige Verticillium soorten en hun pathogeniciteit voordat nieuwe bestrijdingsmethoden van Verticillium verder ontwikkeld worden

Daring to be differential : metabarcoding analysis of soil and plant-related microbial communities using amplicon sequence variants and operational taxonomical units

Background: Microorganisms are not only indispensable to ecosystem functioning, they are also keystones for emerging technologies. In the last 15 years, the number of studies on environmental microbial communities has increased exponentially due to advances in sequencing technologies, but the large amount of data generated remains difficult to analyze and interpret. Recently, metabarcoding analysis has shifted from clustering reads using Operational Taxonomical Units (OTUs) to Amplicon Sequence Variants (ASVs). Differences between these methods can seriously affect the biological interpretation of metabarcoding data, especially in ecosystems with high microbial diversity, as the methods are benchmarked based on low diversity datasets. Results: In this work we have thoroughly examined the differences in community diversity, structure, and complexity between the OTU and ASV methods. We have examined culture-based mock and simulated datasets as well as soil- and plant-associated bacterial and fungal environmental communities. Four key findings were revealed. First, analysis of microbial datasets at family level guaranteed both consistency and adequate coverage when using either method. Second, the performance of both methods used are related to community diversity and sample sequencing depth. Third, differences in the method used affected sample diversity and number of detected differentially abundant families upon treatment; this may lead researchers to draw different biological conclusions. Fourth, the observed differences can mostly be attributed to low abundant (relative abundance < 0.1%) families, thus extra care is recommended when studying rare species using metabarcoding. The ASV method used outperformed the adopted OTU method concerning community diversity, especially for fungus-related sequences, but only when the sequencing depth was sufficient to capture the community complexity. Conclusions: Investigation of metabarcoding data should be done with care. Correct biological interpretation depends on several factors, including in-depth sequencing of the samples, choice of the most appropriate filtering strategy for the specific research goal, and use of family level for data clustering

Shifts in the rhizobiome during consecutive in planta enrichment for phosphate-solubilizing bacteria differentially affect maize P status

Summary Phosphorus (P) is despite its omnipresence in soils often unavailable for plants. Rhizobacteria able to solubilize P are therefore crucial to avoid P deficiency. Selection for phosphate‐solubilizing bacteria (PSB) is frequently done in vitro; however, rhizosphere competence is herein overlooked. Therefore, we developed an in planta enrichment concept enabling simultaneous microbial selection for P‐solubilization and rhizosphere competence. We used an ecologically relevant combination of iron‐ and aluminium phosphate to select for PSB in maize (Zea mays L.). In each consecutive enrichment, plant roots were inoculated with rhizobacterial suspensions from plants that had grown in substrate with insoluble P. To assess the plants’ P statuses, non‐destructive multispectral imaging was used for quantifying anthocyanins, a proxy for maize’s P status. After the third consecutive enrichment, plants supplied with insoluble P and inoculated with rhizobacterial suspensions showed a P status similar to plants supplied with soluble P. A parallel metabarcoding approach uncovered that the improved P status in the third enrichment coincided with a shift in the rhizobiome towards bacteria with plant growth‐promoting and P‐solubilizing capacities. Finally, further consecutive enrichment led to a functional relapse hallmarked by plants with a low P status and a second shift in the rhizobiome at the level of Azospirillaceae and Rhizobiaceae