8/9/2019 Molecular Profile of Microbiota (7)

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Applied Soil Ecology 92 (2015) 47–53

Contents  lists available at Sciencei!ect

Applied Soil Ecology

 "o#!nal $o%epage& '''(elsevie!(co%)locate)apsoil

*olec#la! p!o+le o,  %ic!obiota o,  -innis$ co%%e!cial co%posts#pp!essive  against .yt$i#% disease on c#c#%be! plants

  /#  a A Sinonen ad  # i  a  * #!ola a S #onen  b . .a!ia  c * 6estbe!g b*  o%antsc$#  ad8a

 9nive!sity o,  elsini epa!t%ent o,  Envi!on%ental Sciences ie%enat# 73 -:;15140 

 >$e  #se  o,  co%post o,  va!ied o!igins ,o! t$e  %anage%ent o,  plant disease $as  been !epo!ted  aove! t$e'o!ld ,o! decades and %ic!oo!ganis%s a!e s#ggested to be one o,  t$e d!iving ,o!ces :n$is st#dyco%posts p!od#ced d#!ing t' o s#ccessive yea!s 'e!e %ied 'it$  peat at 1& 4  vv !atios and  seened ,o!c#c#%be! .yt$i#% disease s#pp!ession in  t' o epe!i%ents in  2009 ine co%posts 'e!e seleed basedon t$ei! s#pp!essive eFects against .yt$i#% on c#c#%be! plants and t$e!ea,te! 'e!e b"ected to%olec#la! analyses  >$e  ai % o,  t$is  st#dy 'a s to co%pa!e t$e  bacte!ial and  ,#ngal co%%#nits p!esentin  st!ongly;s#pp!essive and  non; o! 'ealy;s#pp!essive co%posts in  an  eFo!t to identi,y 

bacte!ial and,#ngal g!o#ps associated  'it$  .yt$i#% disease s#pp!ession  >$e  total geno%ic A  ,!o% t$e  o%posts

'a s et!acted and  a%pli+ed #sing p!i%e!s ta!geting 1@S !A and  :>S  !A genes o,  bacte!ia

nd  ,#ngi!espectively p!io! to 45 4 seD#encing SeD#encing !es#lts indicated t$e potential !oles ,  bacte!ialAcidobacte!ia =p14 and  ,#ngal Cystobasidio%ycetes  in  t$e  s#pp!ession o,  .yt$i#% 'ilt diseae d#e  tot$ei! p!esence and absence in co%posts 'it$ st!ong and lo'e!absent disease s#pp!eson ability!espectively  >$e ab#ndance o,  Actinobacte!ia 'a s associated positively 'it$ s#pessiveness.$osp$o!#s concent!ation 'a s t$e only abiotic ,acto! t$at 'a s associated 'it$ s#pp!esveness& anegative co!!elation 'a s ,o#nd in bot$ epe!i%ents  >$es e !es#lts indicate t$at ce!tain b

te!ial and,#ngal g!o#ps can  potentially  s#pp!ess .yt$i#% 'ilt '$ile t$e  abiotic conditions %ig$t be less %po!tant

G 2015 Elsevie! ?6 All  !ig$ts !ese!v

d

1997H oble and  Covent!y 2005H .#gliese et al 2011H *e$t

et al2014) 6a!io#s %ec$anis%s $ave been s#ggested to epl

n t$eCo%posting

 

is 

an 

ae!obic 

%ic!obial 

d!iven 

p!ocess 

t$atdeg!ades o!ganic 'aste into a stable sanita!y $#%#s;lie %ate!ial

t$at can be sa,ely !et#!ned into t$e envi!on%ent 

t is alsoconside!ed as an alte!native to pesticides  in  %eans o,  cot!olling

http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://www.sciencedirect.com/science/journal/09291393http://www.elsevier.com/locate/apsoilhttp://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005http://www.sciencedirect.com/science/journal/09291393http://www.elsevier.com/locate/apsoilhttp://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.03.005

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soil bo!ne plant diseases '$ile gene!ally boosting plant $ealt$ andp!od#ctivity (ada! and *andelba#%  1992H e$e! et al 2013)epo!ts on t$e #se o,  co%posts to s#pp!ess soil;bo!ne plantdisease can be t!aced bac al%ost $al,  a cent#!y (oitin et al1977) Since t$en t$is concept $as been etensively !evie'ed inn#%e!o#s p#blications (oitin and -a$y 19B@H oitin et al

8 Co!!esponding  a#t$o! at&  nive!sity o,  elsini epa!t%ent  o,  Envi!on%

ental

Sciences ie%enat#  73 -:;15140 el&  I35B 9 191 20334H,a& I35B 9 191 20331

E;%ail add!ess& %a!tin!o%antsc$#J$elsini + (* o%antsc$#)

ttp&ddoio!g10101@"apsoil2015030050929;1393G 2015 Elsevie! ?6 All  !ig$ts !ese!ved

disease s#pp!ession by co%post and  its %ic!obiota A%ong $esea!e co%petition

 

,o! 

n#t!ients 

and space a%ong 

%c!obialpop#lations (iKne et al 2005H 6estbe!g et al 2014) in$itionon pat$ogen g!o't$ by  antibiotics p!od#ced by %ic!obiota (*$taet al 2014) and t$e $ype!pa!asitis% '$e!e a %ic!ooanis%di!ectly attacs

 

a 

pat$ogenic 

%ic!oo!ganis% and ills

 

it(de ?e!toldi 2010) St#dies $ave s$o'n t$at $eating o! a#toavingeli%inates t$e disease s#pp!ession capacity o,  t$e  co%post'$ilet$is capacity  can be !ecove!ed by %iing  in  nat#!al co%pos'it$t$e $eated o! ste!ilied co%posts (elson and oitin19B3Hoitin and -a$y 19B@) :n addition to t$e p!es#%ed actity o, antagonistic %ic!oo!ganis%s abiotic ,acto!s s#c$ as nit!ogentotaland  available) C& !atio p  $eat %oist#!e as 'ell as deg

ee o, co%post %at#!ity  $ave been s#ggested to be associated 'itt$es#pp!ession capacity  (#te! et al 19BBH ada! and  =o!eci1991Hoitin and  =!eb#s 1997)

4B   /# et al  Applied Soil Ecology 92 (2015) 47–53

.yt$i#% is one o,  t$e  %ost st#died soil bo!ne plant pat$ogens6a!io#s species o,  .yt$i#% ca#se da%ping;oF  and 'ilting in  a ve!yla!ge n#%be! o,  plant species ?ot$ nat#!ally occ#!!ing and

a%ended co%posts s#pp!essive against .yt$i#% plant diseases$ave been desc!ibed Co%posts %ade 'it$ peat and ba! $ave alo' 

indigeno#s 

s#pp!essiveness 

against 

pat$ogens 

s#c$ 

as.yt$i#%

 

spp (?onano%i et al 

2010) 

and $ave 

t$e!e,o!eco%%only been #sed as s#bst!ates to p!od#ce co%post %it#!esC$en et al (19BB) and  agn et al  (200B) !epo!ted t$e  signi+canceo,  co%post %ic!oo!ganis%s in a%ended co%posts s#pp!essive

against

 

.yt$i#%

 

d#%ping;oF 

 >$e

 

%ic!obial

 

co%%#nity 

inco%post depends on bot$ co%post ,eedstoc (eg ing!edientsp 

n#t!ients 

C& 

43) and 

co%posting 

p!ocess 

(egte%pe!at#!e

 

oygen 

a%%onia 

%oist#!e 

%ic!obial 

activity)

 >$e 

%ic!obial co%%#nity and its %etabolic activity $as ani%po!tant !ole in aFecting t$e disease s#pp!ession ability o, co%post (*cella! and elson 2003H agn et al 200BH e$e!et al 2013)

 o'eve!

 no'ledge

 abo#t

 $o '

 %ic!obes

 cont!o

l soilbo!ne pat$ogens  is still sca!ce

 >$is is a contin#ation  st#dy o,  6estbe!g et al (2011 2014) in'$ic$ t'enty;one -innis$ co%%e!cial  %at#!e co%posts o,  va!iedo!igins  (eg se'age sl#dge bio'aste %an#!e) 'e!e %ied it $

ste!ilied peat and  sc!eened ,o! t$ei! ability to s#pp!ess c#c#%be!'ilt ca#sed by .yt$i#% in  t' o epe!i%ents in  50 0 %l  pots 'it

+ve!eplicates  >o inoc#late t$e c#c#%be! plants .yt$i#% %ycei#%and  t$e  g!o't$ %edia (.A –  potato det!ose aga!) 'e!e g!o

ndinto p#lp -ive g!a%s o,  .yt$i#% inoc#l#% 'a s added to eac$ pot atplanting dept$  >$e  c#c#%be! plants 'e!e g!o'n in  a g!een$#seat te%pe!at#!es o,  24 (day) and 1B  C (nig$t) and a 1@;$o#day

(6estbe!g et al 2011)  >$e!ea ,te! nine co%post %it#!et$ats$o'ed s#pp!essive ability o! 'e!e ne#t!alcond#cive to'a!dsc#c#%be! .yt$i#% disease 'e!e divided into t' o g!o#p,o!%ic!obial and  statistical analyses in  t$e  p!esent st#dy  >$e  a% o, t$is 

st#dy 

'a s 

to 

investigate 

t$e 

connections 

bet'eet$e%ic!obial co%%#nities and t$e disease s#pp!ession abily o, co%post against t$e soil;bo!ne pat$ogen  >o t$e best oo#!

no'ledge t$is is t$e +!st st#dy t$at at t$e gen#s;level t!gets

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bot$ bacte!ia and  ,#ngi s#pp!essive against .yt$i#% da%ping;oFSpeci+cally t$e ob"ectives 'e!e to  (a ) c$a!acte!ie t$e %i

c!obialco%%#nity co%position (b) identi,y t$e speci+c bacte!ial and,#ngal g!o#ps (eg at gen#s;level) associated 'it$ t$e s#pp!es;siveness against c#c#%be! .yt$i#% 'ilt and (c ) ea%ine t$econnection bet'een !elative ab#ndance o,  bacte!ia and  ,#ngi 

andt$e disease s#pp!ession ability o,  co%posts

2  *ate!ial an d %et$ods

21 S#pp!essiveness o,  selected co%post

ine co%posts o,  diFe!ent so#!ces ( >able 1) p!od#ced in t$es#ccessive yea!s 200B and 2009 'e!e selected ,o! t$e p!esent%ic!obial dive!sity st#dy based on t$ei! !espective s#pp!essive;ness c$a!acte!istics

 

d#!ing 

t' o la!ge 

sc!eening epe!

i%entsagainst c#c#%be! .yt$i#% 'ilt '$ic$ 'e!e ca!!ied o#t in t' ope!iods& ,!o% -eb!#a!y to *a!c$ 2009 (1st epe!i%ent beginning;–end 6estbe!g et al 2011)  and   ,!o% A#g#st to Septe%be! 2009(2nd epe!i%ent beginning–end 6estbe!g et al 2014) .!io! tobot$ s#pp!essiveness epe!i%ents co%posts 'e!e %ied 'it$ a%it#!e o,  75L stea% ste!ilied nat#!al Sp$agn#% peat and 25Lsand at 1& 4 vv !atios – called Mco%post %it#!esN in t$e p

!esentst#dy  >$e stea% ste!ilied and nat#!al non;ste!ilied peat;sand%it#!es 'it$o#t co%posts 'e!e applied as cont!ols in bot$epe!i%ents

S#pp!essiveness capacity 'as calc#lated as t$e  L diFe!ence ins$oot d!y 'eig$t (O) bet'een non;inoc#lated and .yt$i#%inoc#lated c#c#%be! plants O 'as %eas#!ed as desc!ibed by

 >able  1Co%post %it#!es 'it$ st!ong disease s#pp!ession ability (=!o#p A) and co%st%it#!es 'it$ lo ' o! absent disease s#pp!ession ability (=!o#p ?) t'o

epe!i%ents   >'o  M=!o#p AN co%post %it#!es 'e!e o%itted ,!o% eac$ epe!i%

ntd#e to t$ei! lo'  seD#ence !eads a'  %ate!ials o,  co%posts&  1 – po#lt!y %an# 3 –bio'aste 5 – $o!se %an#!epape! %ill sl#dge @ – cattle %an#!ega!den 'aste7 –bio'aste 13 –  bio'aste 14 – sl#dge 17 – sl#dgebio'aste 20  – bio'aste

=!o#p A co%post %it#!es

 =!o#p ? co%post %it#!es

?acte!ia  1st?a  5  14  20  1  3  @ 7

1stEb  5  14  17  1  3  @ 2nd?a  14  17  20  1  3  @ 2ndEb  14  17  20  1  3  @ 

-#ngi  1st?a  5  14  20  1  3  @ 

7

1stEb  5  14  20  1  3  @ 2nd?a  14  17  20  1  3  @ 2ndEb  14  17  20  1  3  @ 

a ?&  beginning o,  t$e s#pp!essiveness epe!i%entb E&  end o,   t$e s#pp!essiveness epe!i%ent

Sinonen 

et 

al 

(2013) 

S#pp!essiveness 

capacity 

val#s 

o, co%posts t$at signi+cantly (at  p P  005) diFe!ed ,!o% t$e  co

!olt!eat%ent (stea% ste!ilied peat) 'e!e !ega!ded as s#pp!esive(6estbe!g et al 2014) ?ased on t$e  !es#lts o,  6estbe!g et al (011)a%ong nine selected co%posts seven (n#%be!s 3 5 7 13 11720  in   >able 1) 'e!e s#pp!essive to diFe!ent etents one (n#%e!@ in  >able 1) 'a s ne#t!al and one (n#%be! 1 in  >able 1'a s

cond#cive to .yt$i#% 'ilt disease in t$e +!st s#pp!essivnessepe!i%ent #sing co%posts o,  200B Si%ila! obse!vations e!eobtained in t$e second s#pp!essiveness epe!i%ent #sing c%;posts o,  2009  (6estbe!g et al 2014)

:n t$e p!esent st#dy t$!ee co%post %it#!es 'it$ stongs#pp!ession ability 'e!e catego!ied as =!o#p A – t$e  Ms#pp!es

veg!o#pN and  t$e !e%aining co%post %it#!es 'it$ lo'e! o! absntdisease s#pp!ession ability 'e!e catego!ied as =!o#p ? –

t$eMot$e! g!o#pN ( >able 1)  >$e  nat#!al peat (n#%be! 23 ) 'a s 'elys#pp!essive against 'ilt disease '$ile t$e stea% ste!iliedpeat(n#%be! 22 ) 'a s ne#t!al

22 A et!action and D#anti+cation

 >o st#dy t$e  bacte!ial and ,#ngal co%%#nities  total geno

ic

A 'a s et!acted and  a%pli+ed #sing p!i%e!s ta!geting 1@S A

and :>S !A genes o,  bacte!ia and ,#ngi !espectively Sa%png

8/9/2019 Molecular Profile of Microbiota (7)

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'a s pe!,o!%ed as desc!ibed by 6estbe!g et al (2014)  >otal A'a s et!acted ,!o% 03  g o,  co%post %it#!es and  p#!e peat ,!o%eac$ s#pp!essiveness epe!i%ent #sing a -astA1 S.: it ,o!soil (Qbiogene :nc Ca!lsbad SA) acco!ding to t$e %an#,act#

!e!Nsinst!#ctions  >$e concent!ation o,  A 'a s %eas#!ed R#o!o;

%et!ically #sing .ico=!een

1

 dsA Q#antitation eagent and  its(*olec#la! .!obes  :nc E#gene  SA)

23 A%pli+cations o,  bacte!ial 1@S and ,#ngal 1BS  :>S ta!get g

enes

#sing 454 seD#encing

All p!i%e!s #sed in t$e p!esent st#dy 'e!e p#!c$ased ,!o%

ligo%e! (elsini -inland) .C a%pli+cations 'e!e cond#

edat t' o stages At t$e  +!st  stage t$e  bacte!ial 1@S !A ta!get ene'a s a%pli+ed #sing p!i%e!s 341- (5 0; CC> AC= ==A ==C A=CA=;3 0) (*#ye! et al 1993) and  907 (5 0; CC=  >CA A>> C*>  >>=  A=>

 >> ;30) (:s$ii et al 2000) .C %it#!es incl#ded 1 %l o,  

geno%ic

AH 1 %l o,  eac$ p!i%e! (10  %*) H 5 %l o,  10S yAy%e ?#Fe!1 %l o,  d>. (10  %*) 05  %l o,  yAy%es :: A poly%ase(2  %l) ,!o% -inny%es  >$e !%o Scienti+c -inlandH 05  %l o, bovine se!#% alb#%in (?SA) (2 0 %g%l) ,!o% -e!%entas  >$e%oScienti+c -inlandH and 40  %l o,  ste!ile 'ate! Cycling cond

ons'e!e 5 %i n at 94   C  ,ollo'ed by 20  cycles o,  20  s at 94   C 20s at

  /# et al  Applied Soil Ecology 92 (2015) 47–53 49

57   C 30  s at 72   C and a +nal elongation o,  5 %i n at 72  

C  >$e,#ngal :>S  ta!get gene 'a s a%pli+ed #sing p!i%e!s :>S1- (5 0 ;C>>==> CA>  >>A =A= =AA =>A A;3 0) (=a!des and ?!#ns 1993) and:>S2 (5 0 ;=C> =C=  >>C  >>C A>C =A> =C;30) (O$ite et al 1990).C %it#!e ing!edients 'e!e si%ila! to t$at o,  bacte!ia 'it$%odi+cations in t$e ?SA (1  %l) poly%e!ase (1  %l) and ste!ile'ate! (3 9 %l)  Cycling conditions 'e!e B %i n at 95   C ,ollo'ed by20  cycles o,  1 %i n at 95   C 1 %i n at 55   C 1 %i n at 72   C an

d a +nalelongation o,  10 %i n at 72   C  >$e  +!st  stage .C a%pli+cation 'a spe!,o!%ed in  .>C;100  >$e!%o  Cycle! (*  esea!c$ :nc Oalt$%an*A SA) :n t$e +!st !o#nd t$!ee !eplicates pe! sa%pl

e 'e!epooled and  p#!i+ed #sing Agenco#!t A*.#!e T. .C p#!i+cationit (?ec%an Co#lte! ?eve!ly *A  SA) p!io! to t$e  second !o#nd

At t$e second stage t$e a%pli+cations o,  bot$ bacte!i

a and,#ngi 'e!e co%pleted 'it$ 10 additional cycles 'it$ s

a%plespeci+c tag seD#ences and  line! A (5 0 ;C=> A>C =CC  >CC C>C =C=CCA  >CA =;3 0) attac$ed to t$e ,o!'a!d p!i%e! (adapte! A) andline! ? (5 0 ;C>A  >=C =CC  >>=  CCA =CC C=C  >CA =;3 0) attac$ed tot$e !eve!se p!i%e! (adapte! ?)  .C %it#!es incl#ded  1 %l o,  .Cp!od#cts ,!o% t$e  +!st  !o#nd1 %l o,  eac$ Adapte! (10  %*)10 %l o, 5S .$#sion =C ?#Fe! 04 %l o,  d>. (10  %*) 05 %l o,  .$#sionA .oly%e!ase (2  %l) 125 %l o,  *S and  34B5 %l o,  

ste!ile'ate! Cycling condition ,o! bacte!ial 1@S !A a%pli+cations 'a s

30  s at 9B   C ,ollo'ed by 10 cycles o,  10 s at 9B   C 30  s at

@5   C 10 sat 72   C and a +nal elongation o,  5 %in at 72   C O

t$ ,#ngaladapte!s t$e annealing te%pe!at#!e 'a s 55   C  >$e secnd stage.C a%pli+cation 'a s pe!,o!%ed in .>C;225  >$e!%o Cy

cle! (*esea!c$ :nc Oalt$%an *A SA)  >$e .C p!odcts 'e!ep#!i+ed and D#anti+ed as desc!ibed by  osinen  et al  (20

11)  p!io!to 454 seD#encing  >$e seD#encing 'a s pe!,o!%ed sing t$e454 =S -$e  bacte!ial seD#ence data 'e!e analyed #sing *>  (v1350 @4;bit ,o! ,ollo'ing t$e sa%e %et$od as desc!ibed by ?!o'n et a(2013)

 >$i s gene!ated a %at!i t$at consisted o,  4537 bacte!ial  >s and@4 B ,#ngal >s (ecl#ding singletons – >s 'it$ nly oneseD#ence) and t$is %at!i 'a s #sed in dive!sity analyes %ade'it$  statistical so,t'a!e ($ttp&'''!;p!o"ecto!g) 

 >$e!ea,te!

8/9/2019 Molecular Profile of Microbiota (7)

5/12

bacte!ial 

and 

,#ngal 

>s 

'e!e 

classi+ed #sing ib

oso%alatabase .!o"ect (.H Oang et al 2007) and :>E :>S  database(ol"alg et al 2013) !espectively  >o eplo!e o!ganis%al cove!agea%ong pat$ogen s#pp!essive co%posts !a!e,action c#!ves 'e!ecalc#lated #sing Esti%ateS (Col'ell 2011)

25 Statistical analyses

251 ive!sity analysesSpecies dive!sity indices 'e!e calc#lated as desc!ibed b

y # iet al  (2012)  >otal n#%be! o,  >s 'a s #sed as obse!ved species!ic$ness o,  bacte!ia and ,#ngi  >otal species !ic$ness o,  bacte!ia and,#ngi 'a s esti%ated #sing C$ao1 inde (C$ao 19B4H #g$es et al2001) S$annon dive!sity and Si%psonNs indices 'e!e #

sed toesti%ate dive!sity o,  bacte!ial and  ,#ngal co%%#nities (C$ao andS$en 2003)

252 S#pp!essiveness analysesCo%ponents o,  t$e S.SS (:?* S.SS Statistics A!%on

e' /o! S) p!og!a% pacage 'e!e #sed in statistical aalyses.ai!ed sa%ples t;tests 'e!e #sed to analye i,  ti%e Fected.yt$i#% disease s#pp!ession L (ie s#pp!essiveness) and %ic!o;bial dive!sity .ea!son co!!elation analysis 'a s #sed to co%pa!es#pp!essiveness  in  t$e  +!st  vs  t$e second epe!i%ent  co%osts*ann–O$itney  tests 'e!e #sed to analye t$e assoiationbet'een s#pp!essiveness and t$e !elative ab#ndances be'eenbacte!ia and ,#ngi .ea!son co!!elation analysis 'a s #ed toassociate s#pp!essiveness 'it$ dive!sity indices and  bacte!l and,#ngal ab#ndances (bot$ as pe!centages and as !eads)at t$ep$yl#% and class levels $e  %ost ab#ndant acte;!ial p$yla (.!oteobacte!ia ?acte!oidetes Actinobacte!iaAcid;obacte!ia -lavobacte!ia and -i!%ic#tes) 'e!e incl#ded n t$e!eg!ession analysis

:n t$e statistical analyses eac$ epe!i%ent and ti%point(eit$e! t$e beginning o! t$e end o,  an epe!i%ent) 'a s l'aysanalyed sepa!ately ie t$e  val#es 'e!e not co%bined o! t

eatedas (pse#do) !eplicates Co%posts o,  lo' seD#ence !ead'e!eecl#ded ,!o% all statistical analyses As bacte!ial tano%icg!o#ps in t$e beginning o,  co%posting and ,#ngal taoo%icg!o#ps 'e!e not associated 'it$ s#pp!essiveness in any ,  o#!atte%pts to pe!,o!% a p!edictive o! desc!iptive statistical anysis'e s$o' only t$e  !es#lts o,  bacte!ial co!!espondence analyes  int$e end o,  t$e epe!i%ents

2@ Q#antitative .C a%pli+cation

 >o dete!%ine t$e !atio o,  bacte!ia (1@S !A) and ,#ng

(:>S

!A) D#antitative .C (D.C) 'a s done #sing a A ngine.>:C 2 (Contin#o#s -l#o!escence etecto! * esea!c$:ncOalt$a% *A  SA) in  a +nal vol#%e o,  20 %l containing 1–1

ng o, total A A yA%o

 >* S S/?1 =!een D.C it (-inn

%es >$e!% o

 Scienti

+c -inland)

 'a s

 #sed

 in all .C

 !#ns

 ?acte!

l and

8/9/2019 Molecular Profile of Microbiota (7)

6/12

,#ngal A 'a s a%pli+ed #sing p!i%e!s pai!s pE and  p- :>S3 and:>S4 as desc!ibed ea!lie! ( /# et al 2014)

3  es#lts an d disc#ssion

31 Co%post p!ope!ties and disease s#pp!ession

Co%post o,  bio'aste and sl#dge so#!ces s#pp!essed diseasesy%pto%s o,  c#c#%be! 'ilt ca#sed by .yt$i#% (6estbe!g et 

al2014) -i!st epe!i%ent s#pp!essiveness co!!elated 'it$ secondepe!i%ent  s#pp!essiveness (!  U 0@7 n U 9 p U 0049) and  ave!ages#pp!essiveness 'a s t$e sa%e !ega!dless o,  t$e p!od#ction yea!(t U V12 d,  U B p U 02@) i!ect biva!iate co!!elations be

t'eens#pp!essiveness and abiotic va!iables (desc!ibed in  >able 1 inS#pple%enta!y %ate!ial) 'e!e !a!e .$osp$o!#s concent!ation

t$at va!ied bet'een 2@71–4B@97 %g lV1 in diFe!ent co

%posts(>able

 

1 

in 

S#pple%enta!y 

%ate!ial) 

'a s 

associate'it$s#pp!essiveness in t$e +!st (!s U V0B2 n U 11 p U 0007

and t$esecond (! s U V072 n U 11 p U 013) epe!i%ents t$e! coelationsbet'een abiotic va!iables and  s#pp!essiveness did  not eis

32 Species !ic$ness and disease s#pp!ession

one 

o,  

t$e 

!a!e,action 

c#!ves 

,o! 

bacte!ial 

and 

,#ngalseD#ences !eac$ed t$e asy%ptote (data not s$o'n) indcatingt$at cove!age o,  t$e !ic$ness o,  bacte!ia and ,#ngi in c%post%it#!es

 

st#died 

'a s 

ins#, +cient o'eve! t$e n#%

be! 

o, bacte!ial >s inc!eased d#!ing c#c#%be! g!o't$ in t$

+!stepe!i%ent (t U V37 d,  U @ p U 0010) and 'a s indicate in t$e

50   /# et al  Applied Soil Ecology 92 (2015) 47–53

second epe!i%ent (t U V22 d,  U @ p U 007) de%onst!ating apossible bette! cove!age o,  bacte!ial co%%#nity !ic$ness in t$eend o,  bot$ s#pp!essiveness epe!i%ents o! a %o!e dive!sebacte!ial co%%#nity  >$e n#%be! o,  >s o! t$e c$ange in t$en#%be! o,  >s $o'eve! did  not co!!elate 'it$ s#pp!essivenessat any  ti%e point (!  04@ n U @ p W 029) C$ao1  inde S$annondive!sity inde and Si%psonNs dive!sity inde did not co!

!elate'it$ s#pp!essiveness at any ti%e point (p W 011)

33 *ic!obial p!o+ling o,  co%posts

 >$e biotic co%ponent $as been doc#%ented to play a c!

#cial

!ole in disease s#pp!ession b#t ve!y ,e' st#dies $ave desc!ibedbot$ bacte!ial and ,#ngal dive!sities in  plant disease s#pp!essiveco%posts (?onano%i et al 2010)  :n gene!al  t$e  %a"o! bacte!ial

and  ,#ngal g!o#ps ,o#nd in  t$e  p!esent st#dy #sing 454 seD#encinga!e si%ila! to p!evio#s st#dies t$at $ave #sed ot$e! seD#encingapp!oac$es  (eg  :ll#%ina *iSeD seD#encing Sange! seD#encing)to desc!ibe %ic!obial co%%#nities in co%posts o,  si%ila! !a '%ate!ials (e$e! et al 2013)

331 ?acte!ial dive!sity ove!vie' and disease s#pp!essionA total o,  237710 D#ality;+lte!ed seD#ences 'e!e 

identi+ed asbacte!ia by . classi+e!  >$e n#%be! o,  1@S !A seD

#encesobtained pe! sa%ple va!ied ,!o% 22B4  to 11749  (%edian U 5B93)

Sa%ples 'it$  eceptionally  lo ' n#%be! o,  seD#ences (1@2–1215)'e!e ecl#ded ,!o% statistical analysis  -o!ty;si classes belongingto 20  bacte!ial p$yla 'e!e detected and  t$e  %ost do%inant clases'e!e !aned acco!ding to t$ei! seD#ence ab#ndance o!de!s (- 1)As epected

 

.!oteobacte!ia 

co%p!ised 

t$e 

%a"o!ity 

ot$eseD#ences in all co%posts (anon et al 200B) acco#ntig ,o!49 –@4L and  34–@1L o,  t$e  total seD#ences in  t$e +!st and  seconds#pp!essiveness epe!i%ents !espectivelyH '$ile its s#b$yla=a%%ap!oteobacte!ia Alp$ap!oteobacte!ia and ?etap!oteoac;te!ia 'e!e t$e  %ost ab#ndant g!o#ps  >$e  %ost do%inant clas int$e bacte!ial co%%#nity s$i,ted ,!o% =a%%ap!oteobacte!ia 1stepe!i%ent

 

beginning& 

1B–4BL 2nd epe!i%ent 

begi

ning&

X(-i

8/9/2019 Molecular Profile of Microbiota (7)

7/12

@–43L) to Alp$ap!oteobacte!ia (1st epe!i%ent end& 23–4@L2nd 

epe!i%ent 

end& 

34 –50L) 

d#!ing 

bot$ 

s#pp!essivenessepe!i%ents .!evio#sly Alp$a; and =a%%ap!oteobacte!ia $avebeen doc#%ented as typical co%post bacte!ia (*ic$el et al 2002Hagn et al 200BH .a!tanen et al 2010) =a%%ap!oteobacte!iaespecially .se#do%onas 'e!e desc!ibed as typical bioc

ont!olo!ganis%s t$at p!otects plant ,!o% t$e  oo%ycete .yt$i#% #lti%#%(?oe$% et al 1993H eonico et al 2005) and attained t$e$ig$est pe!centage o,  positive co!!elation 'it$ disease s#pp!es;siveness (?onano%i et al 2010) o'eve! in t$e c#!!ent st#dy=a%%ap!oteobacte!ia

 

seD#ence 

!eads 

d!opped 

d#!ing 

bot$disease s#pp!ession epe!i%ents A possible eplanation ,o! t$isobse!vation co#ld be t$e t!op$ic inte!action bet'een t$e ,#

ngalpat$ogen (.yt$i#%) and bacte!ia (=a%%ap!oteobacte!ia) int$e!oot envi!on%ent (!$iosp$e!e) (-!ey;lett  et al 2011) t$e!e,o!eca#sing t$e !eplace%ent o,  =a%%ap!oteobacte!ia 'it$ Alp$ap;!oteobacte!ia

.$yla ?acte!oidetes Acidobacte!ia and -i!%ic#tes 'e!e co%;%only dist!ib#ted in  all co%posts !ega!dless o,  t$ei! %at#!ity  and

c$e%ical and p$ysical p!ope!ties Oit$in t$ose classes Sp$igo;bacte!ia (5 –42L) and -lavobacte!ia (01–19L) 'e!e n#%

o#sActinobacte!ia 'e!e co!!elated positively  'it$ s#pp!essivenesinbot$ epe!i%ents (!  W 0B2 n U 7 p 0029) :n bac'a!d eg!es;sion t$e ab#ndances (L at t$e end o,  epe!i%ent) o,  Aino;bacte!ia aFected s#pp!essiveness in  bot$ epe!i%ents (*S U 300- U 92 d,  U 1 @ p U 0029 in  t$e  +!st  and *S U 2@10 - U 23

d,  U 1 @p U 0005 in  t$e second epe!i%ent)  >$e  eFects 'e!e positiveie$ig$ actinobacte!ial ab#ndance inc!eases .yt$i#% 'ilt disases#pp!ession :t $as been 'ell doc#%ented t$at Actinobacte!ia avea positive i%pact on plant disease s#pp!ession d#e to its stongability to p!od#ce antibiotic co%po#nds (C!oss 19B2) A !eentst#dy

 

by *cella! 

and 

elson 

(2003) 

also 

s#ppo!ted

t$isstate%ent

 

by 

de%onst!ating 

a 

%o!e 

do%inant 

p!esenco, Actinobacte!ia in disease s#pp!essive conso!tia t$an in disasecond#ctive

 

o! 

ne#t!al 

conso!tia 

o'eve! 

a,te! epo!ing2423 cases de!ived ,!o% 252 st#dies on disease %anage%ent#sing o!ganic a%end%ents ?onano%i et al  (2010) concl#ded $at

-ig 1  >$e ab#ndance o,  %a"o! bacte!ial classes (log10 scale) in  =!o#p A and =!o#p ? co%post %it#!es in t$e +!st  epe!i%ent   >$e !an o,  bacte!ial class in  t$e secondepe!i%ent  'as  eactly t$e sa%e as in t$e +!st  epe!i%ent  :n spite o,  t$e potential !oles o,  Acidobacte!ia =p14 in t$e s#pp!ession o,  .yt$i#% 'ilt diseae its seD#enceab#ndance 'as  too lo ' to be visible  in t$is +g#!e (a)  ?eginning o,  epe!i%ent  (b)  end o,  epe!i%ent

  /# et al  Applied Soil Ecology 92 (2015) 47–53 51

8/9/2019 Molecular Profile of Microbiota (7)

8/12

Actinobacte!ia 'e!e only di!ectly  co!!elated  'it$ disease s#pp!es;sion in  a li%ited n#%be! o,  epe!i%ental cases Actinobacte!ia a!eno'n to $ave a %a"o! !ole in  deco%position o,  o!ganic %ate!ialspa!tic#la!ly  ,o! deg!adation o,  %ac!o%olec#les s#c$ as cell#lose$e%icell#lose  lignin and c$itin (Stege! et al 2003)  >$e!e ,o!e t$ediFe!ences  in   t$ese obse!vations co#ld be eplained by diF 

e!entepe!i%ental conditions s#c$ as co%post o!igin co%post c$e%i;cal and

 

p$ysical p!ope!ties 

co%post %at#!ity co%posting%et$od soil;bo!ne pat$ogens and test plants in t$e above;%entioned st#dies Also t$e epe!i%ental conditions ,avo!ingActinobacte!ia %ig$t be ,o!t#ito#sly det!i%ental to soil;bo!nepat$ogens 'it$ no di!ect ca#se;eFect !elations$ip and t$e!ebynot be based on co%petition bet'een si%ila!  %ic!obes :n  all

 t$ep!esence and do%inance o,  Actinobacte!ia appea!s to be casespeci+c and  p!one to  la!ge va!iations

n t$e cond#cive side constant t!ends 'e!e not detected  >$e$#ge taono%ic va!iability at na!!o'e! taono%ic levels (eggen#s) %a y be a !eason '$ y st!aig$t,o!'a!d  patte!ns co#ld not bedetected

es#lts ,!o% > analysis #sing 454 seD#encing data !evealedt$at Acidobacte!ia a!e p!esent in all co%posts st#died otablyAcidobacte!ia

 

=p14 

'as 

detected 

only 

in 

=!o#p 

A 

co%post%it#!es –  ie co%posts 'it$ st!ong disease s#pp!ession a

bility(0011–001BL) '$ic$  indicated  its  potential !ole  in  t$e  s#pp!es;sion o,  .yt$i#% 'ilt disease Acidobacte!ia $ave p!evio#sly beendetected in 'aste 'ate! sl#dge co%post and bio,e!tilie! t$atassociated 'it$ banana -#sa!i#% 'ilt disease s#pp!ession (Z$anget al 2012H -!acc$ia et al 200@H S$en et al 2014) b#t not itss#bg!o#p Acidobacte!ia =p14  >o o#!  no'ledge t$is is t$e ve!y+!st st#dy to note t$e  potential !elevance o,  Acidobacte!ia =p

14 in.yt$i#%

 

disease 

s#pp!ession 

 >$e !es#lts 

obtained $e!e 

a!e$o'eve! not s#, +cient to decla!e Acidobacte!ia =p14 as t$e!eliable indicato! o,  .yt$i#% disease s#pp!essive capability *o!eco%p!e$ensive  !esea!c$  on its association 'it$ disease s#pp!es;sion needs to be cond#cted

X(-igY2)>[:=\

332 -#ngal dive!sity ove!vie' and disease s#pp!ession >$e n#%be! o,  :>S !A seD#ences obtained pe!  sa%ple v

!ied,!o% B1B to 7171 (%edian U 2143)  >$i !te en classes belongig to 3p$yla 'e!e detected (1217B3 D#ality;+lte!ed seD#ences ac!oss allsa%ples) and t$e ab#ndance !an o!de! o,  t$e %ost doinantclasses a!e s$o'n in  -ig 2 As epected Asco%ycota !ep!esnted

t$e la!gest p$yl#% acco#nting ,o! B5–97L o,  t$e total seD#ence!eads ac!oss all co%post %it#!es in t$e +!st s#pp!essvenessepe!i%ent

 

Asco%ycota classes E#!otio%ycetes ot$ido%y;cetes

 

So!da!io%ycetes 

and Sacc$a!o%ycetes 'e!e 

t$%ostp!edo%inant

 

g!o#ps 

 >$e 

!es#lts 

o,  

$e +nding s#ppo!tst$e 

p!evio#s 

state%ent t$at Zygo%ycota 

a!e %o!e 

closelyassociated 'it$ co%posts o,  %an#!e o!igin t$an co%pots o, ot$e!

 

o!igins 

(e$e! 

et 

al 

2013) 

:n 

cont!ast 

in 

$e +!st

s#pp!essiveness epe!i%ent Zygo%ycota co%p!ised only 02–1Lo,  t$e  total seD#ence !eads in  Co%posts 1 and  3  >$e  total a%o#ntso,  n#t!ients in co%post %it#!es #sed in bot$ s#pp!essieness

epe!i%ents did not diFe! in a signi+cant 'a y ,!o% eac$ot$e!o'eve! in t$e second epe!i%ent Co%post 3 'a s ,o#ndto bei%%at#!e acco!ding to its 4;3; !atio and ottg!ad%eas#!e%ent

 

'$ile 

Co%post 1 $ad clea!ly lo'e! ect!icalcond#ctivity (EC) in co%pa!ison 'it$ Co%post 1 in t$

e +!stepe!i%ent (6estbe!g et al 2014)  >$e !elations$ip bt'eenco%post %at#!ity  and  its  %ic!obial co%%#nity is yet too co%pleto be identi+ed

  >$e!e,o!e

 %o!e

 st#dies

 a!e needed

 to con+!

% t$e

8/9/2019 Molecular Profile of Microbiota (7)

9/12

-ig 2  >$e ab#ndance o,  %a"o! ,#ngal classes (log10 scale)  in =!o#p A and =!o#p ? co%post %it#!es in t$e +!st  epe!i%ent   >$e !an  o,  ,#ngal claes  in t$e secondepe!i%ent  'as  eactly t$e sa%e as  in t$e +!st  epe!i%ent  (a)  ?eginning o,  1st  epe!i%ent  (b)  end o,  1st epe!i%ent

52   /# et al  Applied Soil Ecology 92 (2015) 47–53

p#tative !elations$ip bet'een co%post %at#!ityEC and !elativeab#ndances o,  Zygo%ycota and Asco%ycota

45 4 seD#encing !es#lts o,  t$e +!st s#pp!essiveness  epe!i

%entindicated t$at ?asidio%ycota class Cystobasidio%ycetes co#ld$ave cont!ib#ted  to t$e  s#pp!ession  o,  .yt$i#% 'ilt disease d#e

to its p!esence (005@–03@L) in  al l =!o#p A co%post %it#!es andits absence

 

in =!o#p 

? 

co%post %it#!es 

:n 

t$e 

seconds#pp!essiveness epe!i%ent no

Cystobasidio%ycetes 'e!edetected in  any  co%post st#died Cystobasidio%ycetes $ave !a!elybeen %entioned in p!evio#s st#dies -o! ea%ple Cystobasidio;%ycetes $ave not been !epo!ted as potential indicato!s o,  anyplant disease s#pp!ession by co%post alt$o#g$ ce!tain species o, 

t$e class s#c$ as t$e pa!asitic ,#ng#s $odoto!#la (Sing$ et al2012) $ave been detected in t$e ea!ly p$ase o,  %#s$!oo%co%posting

 

o'eve! 

it 

is 

co%%only 

accepted 

t$at 

so%e%e%be!s o,  t$e sa%e $ig$e! taono%ic level %ay $ave si%ila!activity  in  plant–%ic!obe–soil  inte!actions '$ile ot$e!s %ay  not$ave  >o i%p!ove #nde!standing t$e  potential disease s#pp!essionabilities o,  Cystobasidio%ycetes and   its  %e%be!s ,#!t$e! st#dies

a!e 

needed 

.!evio#sly 

so%e 

benign 

,#ngi 

t$at 

a!e 

closely

!elated to plant pat$ogenic ,#ngi (eg -#sa!i#% spp) $avebeen!epo!ted to s#pp!ess to plant disease appa!ently d#e to $ei!co%petition ,o! space and !eso#!ces in t$e sa%e plant env!on;%ent (-!avel et al 2003H ?onano%i et al 2010) o'eve! no

benign ,#ngi !elated to pat$ogenic .yt$i#% 'e!e ,o#nd int$ec#!!ent st#dy

-#ngal ab#ndances (L) at t$e  class level o,  any  co%post vaiedetensively bet'een epe!i%ents ,o! ea%ple signi+cant d

Fe!;ences 'e!e ,o#nd in ot$ideo%ycetes  >!e%ello% ycetesandSacca!o%ycetes  (pai!ed sa%ples t;test t W 29 d,  U B p 00

9)  >$eab#ndance o,  t$e  above;%entioned g!o#ps see% to depend %o!eon  local envi!on%ent t$an t$e co%post pe! se

34 elative ab#ndance o,  bacte!ia and ,#ngi #sing D#antitative

.C

es#lts calc#lated ,!o% D.C standa!d c#!ves indicated t$ainspite o,   lo ' seD#ence !eads  in  so%e co%posts  t$e  copy n#%be!!atios o,  bacte!ial 1@S and   ,#ngal :>S !A R#ct#ated 'it$in

t$e!anges o,  7–90 t$!o#g$o#t bot$ sc!eening epe!i%ents allco%posts (24 ] 22@ and 3@  ] 277 in =!o#p A and =

o#p ?co%post %it#!es !espectively)  >$e!e 'as no clea! assocation

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10/12

bet'een .yt$i#% disease s#pp!ession and  t$e  !elative ab#ndancesbet'een bacte!ia and   ,#ngi ( W 3 Z W V15 n U 9 p W 01

2)

4  Concl#sions

Co%posts %ade ,!o% bio'aste and sl#dge s#pp!essed diseaseca#sed by .yt$i#% Actinobacte!ia en$anced disease s#pp!e

ssionin bot$ epe!i%ents .$osp$o!#s concent!ation 'a s associatednegatively 'it$ disease s#pp!ession in bot$ epe!i%ents  >$est#died co%post

 

%it#!es 

contained 

ab#ndant 

and dive!se%ic!obial

 

co%%#nities 

'it$ 

.!oteobacte!ia 

and 

Asco%ycotabeing t$e do%inant bacte!ial and ,#ngal !ep!esentatives !espec;tively t$e! %a"o! evenly dist!ib#ted %ic!obial g!o#ps !evealed bypy!oseD#encing 'e!e bacte!ia o,  p$yla ?acte!oidetes Acid

obac;te!ia -i!%ic#tes and ,#ngi o,  t$e Asco%ycota classes E#!o;tio%ycetes ot$ideo%ycetes and So!da!io%ycetes *e%be!s o, Acidobacte!ia =p14 and Cystobasidio%ycetes 'e!e only p!esent inst!ongly;s#pp!essive co%post %it#!es and co#ld t$e!e,o!e bes#ggested as t$e !espective bacte!ial and ,#ngal indicato!s o, s#pp!essiveness against .yt$i#% disease on c#c#%be! plantso'eve! t$e !ole o,  t$e above;%entioned %ic!oo!ganis

%s indisease s#pp!ession !eD#i!es  ,#!t$e! st#dy

Acno'ledge%ents

Oe 'is$  to t$an t$e  co%posting plants ,o! giving #s co%pots

 >$is st#dy 'a s %ainly s#ppo!ted by t$e Acade%y o,  -inland (=anto 121574)  /#Ns 'o! 'a s pa!tially s#ppo!ted by t$e -i

nis$C#lt#!al -o#ndation (Cent!al -#nd and .^i"^t;^%e egional -#nd)and t$e EnS>e g!ad#ate sc$ool (-innis$ octo!al .!og!a%%

inEnvi!on%ental Science and   >ec$nology)

Appendi A S#pple%enta!y  data

S#pple%enta!y  data associated 'it$ t$is a!ticle can be ,o#n int$e  online ve!sion at  $ttp&ddoio!g10101@"apsoil201503005

e,e!ences

?oe$% * *adden #ovin en  19BB  >$e !ole o

%ic!obial activity in  s#pp!ession o,  da%ping oF  ca#sed by .yt$i#% #lti%#

.$ytopat$ology 7B  314–322

Col'ell  2011 Esti%ates  statistical  esti%ation  o,  species !ic$ness and sa!edspecies ,!o% sa%ples 6e!sion 9 se!Ns g#ide and application p#blis$ed a$ttp&p#!loclco!gesti%ates

C!oss  > 19B2 Actino%ycetes&  a contin#ing so#!ce o,  ne ' %etabolites evnd

*ic!obiol 23  1–1Banon *  -!ane;O$ittle :  :nsa%  C$en  / ada!  / 200B *olec#la

analysis o,  bacte!ial co%%#nity s#ccession d#!ing p!olonged co%post c#!g

-E*S *ic!obiol Ecol @5  133–144de ?e!toldi *  2010 .!od#ction and #tiliation o,  s#pp!essive co%post&

envi!on%ental  ,ood and $ealt$ bene+ts  :n &  :nsa%  -!ane;O$ittle :=obe!na * (Eds) *ic!obes at Oo! – -!o% Oastes to eso#!ces  Sp!inge6e!lag ?e!lin eidelbe!g pp 153–170

iKne - Santos *   >ello  C 2005 S#pp!esion o,  soilbo!ne pat$ogens byco%post& s#pp!esive eFects o,  g!ape %a!c co%post on p$ytopat$ogenicsoo%ycetes  Acta o!tic @97 441–4@0

-!acc$ia ebbe CC 200@ ?acte!ial div

sityin +nis$ed co%post and ve!%ico%post& diFe!ences !evealed by c#ltivatioindependent analyses o,  .C;a%pli+ed 1@S !A genes Appl *ic!obiol?iotec$nol 71 942–952

-!avel  livain C Alabo#vette C 2003 -#sa!i#% oyspo!#% and its  bioco!ol

e' .$ytol 157 493–502-!ey;lett . ?#!linson  . evea# A ?a!!et *  >a!a  * Sa!nig#et A 2011

?acte!ial–,#ngal   inte!actions&  $yp$ens bet'een ag!ic#lt#!al  clinicalenvi!on%ental  and ,ood %ic!obiologists *ic!obiol *ol ?iol ev 75  5B3–

@09 =a!des *  ?!#ns  > 1993 :>S p!i%e!s 'it$ en$anced speci+city ,o!

basidio%ycetes–application to t$e identi+cation o,  %yco!!$iae and !#sts ol

Ecol 2 113–11Bada!  / =o!eci ? 1991 S#pp!ession o,  ge!%ination o,  scle!otia o,  Scle!ot%

!ol,sii  in co%post Soil ?iol ?ioc$e% 23  303–30@

ada!  / *andelba#%  1992 S#pp!essive co%post ,o! biocont!ol  o,  soilboe

plant;pat$ogens .$ytopa!asitica 20  S113–S11@

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