基于生态学原理的Bacillus SynCom菌株，从稻田-浮萍共生系统中分离获得，揭示了该菌在促进作物同时生长和抑制叶鞘病害方面的分工机制

构建基于水稻-浮萍 agroecosystem 的八株 bacillus 合成社区（SynCom），通过多组学验证其分工协作机制，显著抑制 sheath blight（降低指数70%）并促进水稻生长，提出生态核心组装 heuristic。

　　

摘要

背景

生态衍生的合成群落能够为植物提供显著的好处，但目前关于如何构建多功能共生体的通用规则仍然有限。我们假设，从生态核心出发自上而下构建的群落将具备比简单组合更强的互补功能和抗逆性。

结果

我们从稻-浮萍农业生态系统中筛选出一个由八种细菌组成的合成群落（以下简称SynCom），这些细菌在土壤、根部和茎部生态位中具有共性。在温室条件下，该合成群落同时促进了水稻生长，并抑制了由Rhizoctonia solani引起的叶鞘枯病，使最终病害指数降低了70%，且未检测到任何植物毒性。通过移除一个成员（?Dx）并进行无针对性的LC–MS分析和生物合成基因的qRT-PCR检测，我们发现了这种群落的劳动分工结构：某些菌株专门负责生长素的生产、与铁载体相关的铁迁移，或是基于脂肽/聚酮类的抗性作用。这些互补但部分冗余的贡献机制明确了群落成员的功能、代谢物库以及植物生长结果，从而使整个群落对单个成员的缺失具有抗逆性。在各种?Dx处理条件下，完整的SynCom能够重新产生所有促进植物生长的代谢物（如吲哚-3-乙酸、乙酰丙酮/2,3-丁二醇）以及抗菌物质（如表面活性素、杆菌霉素、凤霉素、difficidin）。我们总结了一套组装方法，包括生态核心的选择、功能互补性的评估以及冗余性的检查，从而将生态起源与可预测的多性状表现联系起来。

结论

这种自上而下的、以生态学为指导的构建方法能够生成具有实际温室效果和明确作用机制的多功能合成群落。通过将成员扰动与多组学数据分析相结合，我们的研究为构建具有抗逆性的植物共生体提供了可推广的规则，并为未来的遗传学研究和植物内化学成分验证提供了可行的框架。

视频摘要

视频摘要

背景

生态衍生的合成群落能够为植物提供显著的好处，但目前关于如何构建多功能共生体的通用规则仍然有限。我们假设，从生态核心出发自上而下构建的群落将具备比简单组合更强的互补功能和抗逆性。

结果

我们从稻-浮萍农业生态系统中筛选出一个由八种细菌组成的合成群落（以下简称SynCom），这些细菌在土壤、根部和茎部生态位中具有共性。在温室条件下，该合成群落同时促进了水稻生长，并抑制了由Rhizoctonia solani引起的叶鞘枯病，使最终病害指数降低了70%，且未检测到任何植物毒性。通过移除一个成员（?Dx）并进行无针对性的LC–MS分析和生物合成基因的qRT-PCR检测，我们发现了这种群落的劳动分工结构：某些菌株专门负责生长素的生产、与铁载体相关的铁迁移，或是基于脂肽/聚酮类的抗性作用。这些互补但部分冗余的贡献机制明确了群落成员的功能、代谢物库以及植物生长结果，从而使整个群落对单个成员的缺失具有抗逆性。在各种?Dx处理条件下，完整的SynCom能够重新产生所有促进植物生长的代谢物（如吲哚-3-乙酸、乙酰丙酮/2,3-丁二醇）以及抗菌物质（如表面活性素、杆菌霉素、凤霉素、difficidin）。我们总结了一套组装方法，包括生态核心的选择、功能互补性的评估以及冗余性的检查，从而将生态起源与可预测的多性状表现联系起来。

结论

这种自上而下的、以生态学为指导的构建方法能够生成具有实际温室效果和明确作用机制的多功能合成群落。通过将成员扰动与多组学数据分析相结合，我们的研究为构建具有抗逆性的植物共生体提供了可推广的规则，并为未来的遗传学研究和植物内化学成分验证提供了可行的框架。

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