Skip navigation

DSpace

機構典藏 DSpace 系統致力於保存各式數位資料(如:文字、圖片、PDF)並使其易於取用。

點此認識 DSpace
DSpace logo
English
中文
  • 瀏覽論文
    • 校院系所
    • 出版年
    • 作者
    • 標題
    • 關鍵字
    • 指導教授
  • 搜尋 TDR
  • 授權 Q&A
    • 我的頁面
    • 接受 E-mail 通知
    • 編輯個人資料
  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 生物資源暨農學院
  3. 植物病理與微生物學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/84597
完整後設資料紀錄
DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor楊爵因(Jiue-in Yang)
dc.contributor.authorPeng-Jun Luen
dc.contributor.author盧芃君zh_TW
dc.date.accessioned2023-03-19T22:17:01Z-
dc.date.copyright2022-11-04
dc.date.issued2022
dc.date.submitted2022-09-29
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/84597-
dc.description.abstract臺灣百合(Lilium formosanum)為臺灣特有種植物,且為太魯閣國家公園內重要的觀賞作物。植物之內生微生物與其健康狀態息息相關,這些微生物可能扮演促進植物生長、拮抗病原與緩解非生物性壓力等角色。因此,了解植物內生菌相,有助於健康植株之培育。本研究目標運用高通量定序技術建構太魯閣國家公園內臺灣百合之葉片與種子內生微生物群落圖譜,並結合抗病潛能篩選的研究模式,提供培育健康臺灣百合之資訊。本研究與太魯閣國家公園管理處合作,於2020至2021年間隨機搜集公園內之臺灣百合樣本共40件。首先,針對樣本植株進行外觀檢察與常見病原菌之分子偵測,發現部分樣本雖可見病斑與微生物生長,但並非由常見病原真菌所致,判斷可能為未知病原或伺機微生物導致。隨後,本研究建立適用於臺灣百合組織的內生微生物總體DNA萃取方法,運用高通量定序技術,並搭配生物資訊學方法,進行微生物群相分析。2020年,以Illumina Miseq平台次世代定序技術(Next generation sequencing,NGS),取得該年度種子樣本中細菌16S核糖體基因的V3-V4區段序列,分析內生細菌相。結果發現,變形菌門(Proteobacteria)佔樣本中的38.8%,為優勢菌群,次要菌群厚壁菌門 (Firmicutes)僅佔1.6%。進一步註解分析OTU (operational taxonomic unit),發現其中包含Sphingomonas paucimobilis、Proteus mirabilis、Pseudomonas fulva、Acinetobacter calcoaceticus等具促進植物生長及拮抗病原潛力等益菌。基於定序結果的分析受到葉綠體相關序列高度干擾,因此本研究後續針對臺灣百合設計封閉引子,以降低植物核酸於反應中的增幅。經過測試,最終選擇目標區段為核糖體基因V3-V4區間的引子319_chloro_F4,並於3端處加上C3 spacer修飾,完成百合封閉PCR的技術。將樣本經封閉PCR處理後,樣本內葉綠體序列的干擾下降3.2至13.5%。於2021年間,運用PacBio平台的第三代定序技術,取得該年度樣本的細菌16S核糖體基因的V1-V9區段序列,進行種子與葉片的內生菌相分析。結果發現,變形菌門(Proteobacteria) 在種子與葉片樣本中皆為主要菌群,分別佔94.6%和54.1%。於種子樣本內,其餘菌群為擬桿菌門(Bacteroidetes)和Synergistetes門。葉片樣本中之群相組成則較為豐富,其餘菌群包含12.6%放線菌門(Actinobacteria)、7.3%厚壁菌門(Firmicutes)、5.5%酸桿菌門(Acidobacteria)、及少量浮黴菌門(Planctomycetes)、疣微菌門(Verrucomicrobia)和軟壁菌門(Tenericutes)。進一步分析ASV(Amplicon sequencing variant)並比對文獻,發現18個屬共30種細菌具促進植物生長、增加作物產量、拮抗病原等潛力。比對兩年所使用不同平台進行高通量測序的結果,發現定序之序列長度會影響物種註釋結果。此外,本研究自新鮮百合組織中分離出43株內生細菌,進行培養與百合灰黴病原真菌Botrytis elliptica拮抗實驗,以篩選具有百合灰黴病生物防治潛力的分離菌株。拮抗實驗成功篩選出5個可強效拮抗該百合重要病原菌之分離株T7W-2、T5L-1、T9L-1、T10L、T12L-1。以16S rRNA與gyrB基因定序分析,鑑定T7W-2為Pseudomonas 屬細菌、T5L-1、T9L-1、T10L為Bacillus屬細菌,而T12L-1為Bacillus safensis。前人研究指出,上述2個屬內有許多菌株為植物有益細菌。本研究為臺灣百合首篇利用高通量定序與生物資訊分析進行的研究。研究成果運用高通量定序技術揭示臺灣百合微生物相的資訊,採取改善寄主序列干擾定序分析的方法,並獲取具防治潛力之有益分離株,提供日後進行百合培育研究之重要資訊。zh_TW
dc.description.abstractTaiwan lily (Lilium formosanum) is endemic to Taiwan and an important ornamental crop in Taroko National Park. Previous studies have shown that endophytic microbes are closely related to the overall health of their host plants. Endophytic beneficial microbes may play roles in promoting plant growth, antagonizing pathogens, or alleviating abiotic stress. Therefore, understanding the endophytic microbial community of a plant would benefit its cultivation. The objectives of this study are to profile the leaf and seed endophytic microbial community of L. formosanum in Taroko National Park by using high-throughput sequencing technology, then combine an assay for disease resistance potential screening, and ultimately provide information for cultivation. In cooperation with the Taroko National Park Management Office, this study randomly collected 40 samples L. formosanum samples during the years 2020 to 2021. First, the appearance inspection and the PCR detection revealed that the disease symptoms and microbial growth observed on the samples were not caused by commonly known pathogenic fungi, but possibly by unknown pathogens or other opportunistic microorganisms. Subsequently, a microbial DNA extraction method for the lily tissue was established. High-throughput sequencing technology and bioinformatics were then applied to conduct microbiome analysis. In 2020, the Illumina next-generation sequencing (NGS) platform was used, and the sequences of the V3-V4 region of the bacterial 16S ribosomal gene from seed samples were analyzed. Results showed that Proteobacteria was the dominating group, accounting for 38.8% of the population, and Firmicutes was the second largest group, accounting for only 1.6% of all. Further OTU (operational taxonomic unit) analysis revealed bacterial species with plant growth promoting and pathogens antagonistic potentials, including Sphingomonas paucimobilis, Proteus mirabilis, Pseudomonas fulva, and Acinetobacter calcoaceticus. Because plant-related sequences highly interfered with the sequencing data during the analysis, this study then designed a specific blocking primer for L. formosanum to reduce the amplification of plant DNA. The primer “319_chloro_F4 with a C3 spacer modification at the 3’ end”, targeting the V3-V4 region sequence of L. formosanum, was finally selected for the blocking PCR assay. After the blocking PCR treatment, the chloroplast sequence interference decreased from 3.2 to 13.5%. For the 2021 samples, the PacBio third-generation sequencing technology (TGS) platform was used to obtain the V1-V9 region of the bacterial 16S ribosomal gene for endophytic microbiome analysis. Results showed that Proteobacteria was dominating the bacterial community in both seed and leaf samples, accounting for 94.6% and 54.1%, respectively. In the seed samples, the remaining main groups were Bacteroidetes and Synergistetes. The endophytic bacterial community in the leaf samples is relatively richer and includes 12.6% Actinobacteria, 7.3% Firmicutes, 5.5% Acidobacteria, and a small amount of Planctomycetes, Verrucomicrobia, and Tenericutes. Further analysis of the ASV (Amplicon sequencing variant) revealed that 30 species of bacteria, belonging to 18 genera, have the potential to promote plant growth, increase crop yield, and antagonize pathogens. The microbiome analysis results from the two sequencing platforms indicated that the sequencing length affects the annotation results. In addition, 43 endophytic bacterial isolates were isolated from fresh lily tissues, cultured, and screened against the pathogenic fungus Botrytis elliptica for biological control application potential. Among them, 5 isolates (T7W-2, T5L-1, T9L-1, T10L and T12L-1) have strong antagonism to B. elliptica in a dual culture assay. The sequence analysis of bacterial 16S rRNA and gyrB genes revealed that T7W-2 belongs to Pseudomonas, T5L-1, T9L-1 and T10L were Bacillus species, and T12L-1 was identified as B. safensis. Previous studies suggested that many Pseudomonas and Bacillus strains are beneficial to plants. In sum, this research was the first microbiome study of L. formosanum that used high-throughput sequencing technologies and bioinformatics. The study revealed profiled the leaf and seed microbiome of L. formosanum, conducted a blocking PCR method to reduce the interference by host sequences, and obtained bacterial isolates with biological control potential. These significant outcomes provided important information for lily cultivation.en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2023-03-19T22:17:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1
U0001-2609202217415200.pdf: 4913287 bytes, checksum: 4b3b2471d69b04ad03b3f1142180e054 (MD5)
Previous issue date: 2022
en
dc.description.tableofcontents致 謝 iii 摘 要 iv Abstract vi 目 錄 ix 表次索引 xii 圖次索引 xiii 壹、 文獻回顧 1 一、 臺灣百合 1 A. 分布與重要性 1 B. 形態與種植特性 2 二、 侵染臺灣百合之主要病害 3 三、 植物與內生微生物 6 四、 植物與外生微生物 7 五、 高通量定序技術 8 A. 次世代定序技術 9 B. 第三代定序技術 10 六、 阻斷非目標性序列增幅技術 10 A. Peptide nucleic acid(PNA) 11 B. Locked nucleic acid(LNA) 11 C. Blocking primer 12 貳、 研究動機與目的 13 參、 材料與方法 14 一、 植物樣本來源與存放 14 二、 植物樣本狀態評估 14 三、 植物樣本表面消毒方法 16 四、 植物組織內微生物核酸萃取方法 17 五、 阻斷非目標性序列增幅 17 A. 封閉引子設計 17 B. 封閉引子與百合序列親合度溫度梯度測試 18 C. 封閉PCR增幅效果之溫度梯度測試 19 D. 封閉PCR應用於增幅百合樣本中細菌序列 19 六、 高通量定序與分析 20 A. 次世代定序方法與序列分析 20 B. 第三代定序方法與序列分析 21 七、 植物組織內生細菌培養與保存 22 八、 植物內生細菌分子鑑定 24 A. PCR反應條件、試劑、體積與膠體電泳 24 B. 目標PCR產物純化 24 C. 目標片段質體構築 24 D. 質體純化與定序分析 25 九、 植物內生細菌與灰黴病菌拮抗實驗 26 A. 拮抗實驗培養基配製與真菌菌種保存 26 B. 拮抗實驗(Dual culture assay) 26 肆、 結果 28 一、 透過外部觀察與病原分子檢測辨別植物組織健康程度 28 二、 建立植物樣本消毒方法並萃取組織內微生物核酸 28 三、 使用封閉引子阻斷葉綠體序列增幅 29 四、 運用高通量定序技術分析百合組織內生細菌相 30 A. 2020樣本OTUs註釋結果 30 B. 2020樣本菌相組成與地域豐度分析 31 C. 2020樣本使用封閉PCR阻斷葉綠體序列增幅後分析結果 32 D. 2021樣本ASVs註釋結果分析 32 E. 2021樣本菌相組成與組織豐度分析 35 五、 植物組織內生細菌分離與鑑定 36 六、 有益微生物具有拮抗病原真菌之潛力 37 伍、 討論 38 陸、 參考文獻 46 柒、 圖表 66   表次索引 表一、2020年臺灣百合果莢樣本採集資訊。 66 表二、2021年臺灣百合果莢與葉片樣本採集資訊。 67 表三、本研究中所使用之PCR引子對。 68 表四、2020年樣本DNA濃度與品質列表。 70 表五、2021年樣本DNA濃度與品質列表。 71 表六、2020年樣本經過封閉引子PCR增幅後的核酸濃度與品質列表。 72 表七、2020年樣本進行微生物次世代定序分析的數據總整理。 73 表八、2020年樣本中微生物進行次世代定序分析所獲取序列數量與OTU數量。 74 表九、2020年樣本移除植物序列後之OTU物種註釋結果。 75 表十、2021年樣本進行第三代定序分析的數據總整理。 78 表十一、2021年樣本中微生物進行第三代定序分析獲取序列數量與ASV數量。 79 表十二、2021年樣本移除植物序列後之ASV物種註釋結果。 80 表十三、2021年種子樣本的內生菌分離株分子資訊。 86 表十四、2021年葉片樣本的內生菌分離株分子資訊。 88 表十五、2021樣本經第三代定序分析後所註釋到潛在有益菌株列表(種層級)。 90   圖次索引 圖一、太魯閣國家公園內臺灣百合樣本採集地點。 94 圖二、百合灰黴病菌與臺灣百合組織內生菌之拮抗實驗操作圖。 95 圖三、2021年果莢樣本與其內生菌分離情形。 96 圖四、2021年葉片樣本與其內生菌分離情形。 97 圖五、應用PB80-1F/PB80-1R引子組檢測百合灰黴病菌 (B. elliptica) 之PCR膠體電泳結果。 98 圖六、應用SRLSUF/SRLSUR引子組檢測白絹病菌 (S. rolfsii)之PCR膠體電泳結果。 99 圖七、應用Primer #1/Primer #2引子組檢測疫病菌 (P. parasitica) 之PCR膠體電泳結果。 100 圖八、應用Lhs-F1/Lhs-R1引子組檢測萎凋病菌 (F. oxysporum f. sp. lilii) 之PCR膠體電泳結果。 101 圖九、封閉引子319_chloro_F4、引子對341F/ 785R於臺灣百合葉綠體序列的黏合位置。 102 圖十、319_chloro_F4與785R於不同溫度反應條件之增幅表現結果。 103 圖十一、319_chloro_F4_C3與341F/785R引子對組合於PCR反應溫度梯度增幅試驗結果。 104 圖十二、以引子組319_chloro_F4_C3、341F與785R增幅2020年種子樣本之PCR膠體電泳結果。 105 圖十三、2020年種子微生物OTUs組成相對豐度(門階層)之地域性分析。 106 圖十四、2020年種子樣本地域分組OTUs Upset分析圖。 107 圖十五、以封閉引子319_chloro_F4_C3處理前(A)後(B),2020年種子樣本中於門階層的OTU相對豐度佔比前十項。 108 圖十六、以引子對799F-1492R對2021年樣本進行第三世代定序初步篩選之膠體電泳結果。 109 圖十七、以引子對27F/ 1492R對2021年樣本進行第三代定序初步篩選之膠體電泳結果。 110 圖十八、2021年種子(Seed)與葉片(Leaf)樣本中ASVs於門階層之相對豐度。 111 圖十九、2021年樣本中ASVs於種子與葉片的佔比溫氏圖。 112 圖二十、2021年樣本之Alpha多樣性比較。 113 圖二十一、2021年樣本之ASVs於種階層之相對豐度。 114 圖二十二、2021年種子與葉片樣本Top 100 ASVs於各樣本中豐度熱圖。 115 圖二十三、種子分離內生細菌對百合灰黴病原真菌之生長抑制率。 116 圖二十四、葉片分離內生細菌對百合灰黴病原真菌之生長抑制率。 117 圖二十五、內生細菌分離株與百合灰黴病原真菌拮抗培養結果。 119
dc.language.isozh-TW
dc.subject生物防治zh_TW
dc.subject臺灣百合zh_TW
dc.subject微生物相zh_TW
dc.subject植物內生菌zh_TW
dc.subject高通量定序技術zh_TW
dc.subject次世代定序zh_TW
dc.subject第三世代定序zh_TW
dc.subject封閉引子zh_TW
dc.subjectLilium formosanumen
dc.subjectblocking primeren
dc.subjectthird generation sequencingen
dc.subjectnext generation sequencingen
dc.subjecthigh-throughput sequencingen
dc.subjectplant endophyteen
dc.subjectmicrobiomeen
dc.subjectbiological controlen
dc.title太魯閣國家公園臺灣百合內生菌群落調查zh_TW
dc.titleInvestigation of the endophytic bacterial community of Lilium formosanum in the Taroko National Parken
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear110-2
dc.description.degree碩士
dc.contributor.oralexamcommittee陳昭瑩(Chao-Ying Chen),劉啟德(Chi-Te Liu),林乃君(Nai-Chun Lin)
dc.subject.keyword臺灣百合,微生物相,植物內生菌,高通量定序技術,次世代定序,第三世代定序,封閉引子,生物防治,zh_TW
dc.subject.keywordLilium formosanum,microbiome,plant endophyte,high-throughput sequencing,next generation sequencing,third generation sequencing,blocking primer,biological control,en
dc.relation.page119
dc.identifier.doi10.6342/NTU202204107
dc.rights.note同意授權(限校園內公開)
dc.date.accepted2022-09-30
dc.contributor.author-college生物資源暨農學院zh_TW
dc.contributor.author-dept植物病理與微生物學研究所zh_TW
dc.date.embargo-lift2025-09-01-
顯示於系所單位:植物病理與微生物學系

文件中的檔案:
檔案 大小格式 
U0001-2609202217415200.pdf
授權僅限NTU校內IP使用(校園外請利用VPN校外連線服務)
4.8 MBAdobe PDF
顯示文件簡單紀錄


系統中的文件,除了特別指名其著作權條款之外,均受到著作權保護,並且保留所有的權利。

社群連結
聯絡資訊
10617臺北市大安區羅斯福路四段1號
No.1 Sec.4, Roosevelt Rd., Taipei, Taiwan, R.O.C. 106
Tel: (02)33662353
Email: ntuetds@ntu.edu.tw
意見箱
相關連結
館藏目錄
國內圖書館整合查詢 MetaCat
臺大學術典藏 NTU Scholars
臺大圖書館數位典藏館
本站聲明
© NTU Library All Rights Reserved