摘要
结果
在这项研究中，研究团队利用了一个包括四种细菌的共生模型（Stenotrophomonas rhizophila，Paenibacillus amylolyticus，Microbacterium oxydans和Xanthomonas retroflexus，简称为SPMX），将其应用于拟南芥的根部，以研究多种细菌共生对植物生长的影响。他们发现，这个四种细菌的共生模型显著促进了根部发育并增加了拟南芥的生物量。共培养的SPMX增加了根部的定居并形成了与单种培养不同的多种细菌生物膜结构。通过结合16S rRNA基因扩增子测序和共聚焦激光扫描显微镜荧光原位杂交技术，研究人员发现四种细菌生物膜的组成和空间组织随时间显著变化。这些结果表明，这个四种细菌的共生模型对植物生长具有促进作用，并且在根部的共生生物膜中发生了结构性的变化。
观察了四种细菌共生模型（SPMX）与四种单独细菌种在拟南芥根部的定居情况。他们发现，与单一细菌种相比，四种细菌共生模型显著增加了在拟南芥根部的定居量。具体来说，Xanthomonas retroflexus（Xr）是最佳的根部定居者，其次是Stenotrophomonas rhizophila（Sr），而Paenibacillus amylolyticus（Pa）和Microbacterium oxydans（Mo）则表现出较低的定居量和在根部上的生物膜形成能力。这些结果表明，四种细菌共生模型在根表面的定居和生物膜形成能力明显优于单一细菌种。通过细菌计数和荧光显微镜观察，研究证实了四种细菌共生模型在根表面形成多种细菌生物膜，并随时间增长。
进一步分析了四种细菌共生模型（SPMX）在植物根部形成的多种细菌生物膜的组成和空间结构。通过使用荧光原位杂交技术（FISH）标记四种不同细菌种在SPMX生物膜中，研究人员确认了四种单独菌株的四个寡核苷酸探针的特异性。他们观察到在根表面微观尺度上的代表性四种细菌（SPMX）生物膜形成，证实了这四种FISH探针的成功应用。通过FISH-CLSM技术，研究人员可视化了SPMX共培养在根际（根表面）形成的多种细菌生物膜的空间结构。研究结果显示，Paenibacillus amylolyticus（Pa）在根表面的定居模式与其他细菌种（Mo、Sr和Xr）不同，尽管Sr和Xr的细胞聚集大小在D15时有所增加。这表明，Pa种群通过根表面的分散定居得到增强，随后形成聚集生长，导致Pa生物体积和相对丰度增加。总体而言，这些结果进一步表明了Pa作为一个关键种对植物根部的四种细菌共生生物膜的空间组织和功能产生影响。
四种细菌共生模型（SPMX）在植物根部的组成在时间上发生了显著变化。通过16S rRNA基因测序分析，他们发现SPMX生物膜社区中各成员之间的比例在时间上发生了显著变化。具体来说，Xanthomonas retroflexus（Xr）在植物根部形成的四种细菌生物膜中占据主导地位，并且在D5至D15期间一直是最丰富的物种。相反，Microbacterium oxydans（Mo）在所有时间点上都是最不丰富的社区成员。此外，Paenibacillus amylolyticus（Pa）的丰度随时间显著增加，成为根部上第二丰富的物种，尽管在单独引入时其根部定居能力最低。这表明，Pa受益于其他生物膜社区成员的存在和活动，并依赖于它们进行定居和后续生长。这些结果揭示了在植物根部形成的多种细菌生物膜中，不同细菌种的相对丰度随时间变化的动态过程。
Paenibacillus amylolyticus（Pa）对植物根部上的四种细菌生物膜社区的空间组织和功能产生影响。通过对四种细菌共生模型（SPMX）在拟南芥根部的定居和生物膜形成进行研究，他们发现Pa在根表面的定居模式与其他细菌种不同。尽管Pa在单一引入时根部定居能力较差，但在四种细菌共生模型中，其种群和根部定居量得到显著增强。研究结果表明，排除Pa会降低其他三种细菌的整体生物膜产量和根部定居量，导致植物生长促进效应的丧失。通过空间分析，研究人员确定了Pa作为一个关键种的地位。这些发现强调了在复杂群落中，弱根部定居者可能受益于微生物间的互利作用，从而成为影响群落空间组织和功能的重要关键物种。因此，这项研究揭示了Pa如何在共生群落中建立互惠关系，并成为根部上的关键物种，从而影响生物膜社区的空间组织和功能。
根表面多物种生物膜群落的共定位和细胞聚集体分析
总结
根际互作生物学研究室 简介
根际互作生物学研究室是沈其荣院士土壤微生物与有机肥团队下的一个关注于根际互作的研究小组。本小组由袁军教授带领，主要关注：1.植物和微生物互作在抗病过程中的作用；2 环境微生物大数据整合研究；3 环境代谢组及其与微生物过程研究体系开发和应用。团队在过去三年中在 Nature Communications，ISME J，Microbiome，SCLS，New Phytologist，iMeta，Fundamental Research， PCE，SBB，JAFC（封面），Horticulture Research，SEL（封面），BMC plant biology等期刊上发表了多篇文章。欢迎关注 微生信生物 公众号对本研究小组进行了解。
撰写：刘潇予
修改：文涛
排版：杨雯儀
审核：袁军 团队工作及其成果 （点击查看）
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小组负责人邮箱 袁军：junyuan@njau.edu.cn；
小组成员文涛：taowen@njau.edu.cn等
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