ISME | 南农张瑞福团队揭示芽孢杆菌通过代谢互作刺激常驻根际微生物促进植物生长！

植物承载着大量多样的微生物群落，即植物微生物组，这对植物健康至关重要（Nature | 年度重磅合集：植物微生物组！Science重磅 | 北卡教堂山分校和诺丁汉大学研究揭示微生物改变植物根系通透性！Nature | 重磅！Jeff Dangl团队揭示微生物组中的单一细菌属维持根的生长；Nature Reviews Microbiology | 植物-微生物互作：从群落组装到植物健康）。有益的植物-微生物组相互作用通过促进生长、缓解胁迫和通过各种机制抵御病原体来改善植物健康。直接刺激是通过植物激素或1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶的产生、系统抗性的诱导以及通过固氮、磷溶解和铁载体分泌增加营养获取来介导的。间接刺激包括通过抗生素合成抑制病原体、竞争根际内的生态位、促进菌根功能以及改变根际微生物群落结构。然而，微生物组组成的高度复杂性使得回答围绕自然微生物群落的基本生态问题具有挑战性。在实验室条件下进行的还原方法已成为破译根际微生物组中微生物相互作用及其与宿主健康相关性的有前途策略。在巨大的应用潜力的推动下，过去十年出现了针对合成群落 (SynCom) 的研究，提供了可持续的农业解决方案。这种方法可以在受控、可重复的条件下详细评估宿主和微生物的特征。

2021年9月30日，国际权威学术期刊ISME发表了南京农业大学张瑞福教授团队的最新相关研究成果，题为Bacillus velezensis stimulates resident rhizosphere Pseudomonas stutzeri for plant health through metabolic interactions的研究论文。

营养相互作用在推动微生物群落组装和功能方面发挥着核心作用。然而，很少研究接种菌株和常驻细菌之间的代谢物交换，特别是在根际。本研究使用生物信息学、遗传学、转录组学和代谢组学分析来揭示接种菌株（贝莱斯芽孢杆菌SQR9）和黄瓜根际对植物有益的常驻施氏假单孢菌之间的互营作用。结果发现这两个物种的协同相互作用高度依赖于环境，互营作用的出现仅在静态营养丰富的生态位中很明显，例如除根际外的生物膜。本研究结果确定支链氨基酸 (BCAAs) 生物合成途径参与互营作用。基因组规模的代谢建模和代谢分析也证明了细菌菌株之间的代谢促进作用。此外，来自芽孢杆菌的生物膜基质成分对于相互作用至关重要。重要的是，两个物种互作体促进了植物生长并帮助植物减轻了盐分胁迫。总之，本研究提出了一种机制，其中生物防治细菌和伙伴物种之间的协同相互作用促进植物健康。

图 1：贝莱斯芽孢杆菌SQR9对根际微生物群落、生物膜表型和具有预测协同作用的分离细菌定量的影响

图 2：施氏假单孢菌XL272和贝莱斯芽孢杆菌SQR9在特定条件下协同形成生物膜

图 3：细胞外基质EPS和TasA在富含TSB的培养基中对共生至关重要

图 4：施氏假单孢菌XL272和贝莱斯芽孢杆菌SQR9在双物种TSB生物膜中的转录反应和突变体验证

图 5：代谢促进和趋化吸引稳定合作

图 6：植物根部的共定殖

图7：共生体促进了植物生长，缓解了盐胁迫

图8：示意图

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