在现代农业中，嫁接技术作为一种有效的植物改良方法，已被广泛应用于瓜果种植。然而，嫁接技术背后的微生物学奥秘却鲜为人知。今天，我们将通过一篇《Microbiome》的文章带您深入探讨嫁接西瓜的根际微生物群，了解它们如何来增强西瓜的抗病能力。
研究背景
植物微生物组对于植物的生长和健康有着重要贡献，包括增强植物对各种疾病的抵抗力。尽管在理解植物病害抵抗方面取得了显著进展，但根际微生物在增强西瓜抵抗力方面的确切作用仍不清楚。
研究思路
主要结果
SynCom 促进了未嫁接西瓜的生长并减轻病害
设计了四个不同的处理组，在温室条件下（在非无菌盆栽土壤中）对未嫁接的西瓜植株进行处理。结果SynCom+F. oxysporum+未嫁接西瓜组（SBC+FON）的株高、鲜重和根重明显高于F. oxysporum+未嫁接西瓜（FON）组。
图1. SynCom促进了植物生长并缓解了疾病
a–d 未嫁接西瓜植株的株高、鲜重、干重和根重。e–h 在接种无菌水（CK）、SynCom（SBC）、SynCom和F. oxysporum（SBC + FON）以及F. oxysporum（FON）6周后的未嫁接西瓜植株代表性图像。i 不同处理条件下枯萎病指数（CK、SBC、SBC + FON和FON）。j 不同处理植物根际的F. oxysporum密度。k 接种SynCom的相对控制效果。相对控制效果（%） = [(控制病害指数—处理病害指数）/ 控制病害指数] × 100。这里，控制组指FON组，处理组指SBC + FON组。根据Duncan检验（n = 8–10）。
接种 SynCom 后根际菌群落特征的变化
为了阐明 SynCom 保护作用的潜在机制，比较了四个处理组的根际微生物群落组成和宏基因组图谱。观察到 FON 组的微生物多样性明显低于其他处理组。对扩增子和宏基因组数据的分析揭示了假单胞菌在增强植物健康中的关键作用，因为在SynCom接种后，假单胞菌的相对丰度和生物膜形成途径显著增加。
图2. 接种SynCom后植物根际微生物群落组成和功能特征的变化
a CK、SBC、SBC + FON和FON组的细菌α多样性。b 细菌群落的Bray–Curtis相似性分析。c 各处理组在属水平上的细菌相对丰度。d 不同处理组根际核心微生物ASVs的相对丰度。匹配菌株16S rRNA基因的V4–V5子区到ASVs作为菌株在根际存在和相对丰度的指标（表S4）。e 各处理组中与尖孢镰刀菌密度相关的16种菌株对应的ASVs相对丰度总和的相关性分析。f 比较不同处理组中KEGG通路丰度的报告得分柱状图（n = 3）。g 参与生物膜形成的功能基因在不同处理组中的丰度（TPM）差异——假单胞菌生物膜形成通路。h 使用元链接方法追溯到物种分类的SBC组中假单胞菌生物膜形成通路中显著富集的基因。i 使用元链接方法追溯到物种分类的SBC + FON组中假单胞菌生物膜形成通路中显著富集的基因。
SynCom成员之间的潜在互动
研究发现SynCom中的7株菌促进假单胞菌的生长。基于体外共培养实验和细菌代谢组学分析表明，菌株间的生长促进作用主要是因为它们在消耗底物时的需求不同，彼此不会有太多竞争。
图3. SynCom菌株之间的体外相互作用矩阵和底物谱
a 在三个独立实验中，测定了不同菌株在新鲜培养基和各自废弃培养基（SM）中的平均OD600。OD600废弃/新鲜值大于1和小于1分别表示菌株生长的促进和抑制。b 使用OD600废弃/新鲜值生成了成对相互作用矩阵。d 相对于每个菌株的总耗尽代谢组特征（如图S15所示），成对重叠的耗尽代谢组特征。e OD600废弃/新鲜值与耗尽谱成对重叠的相关性分析。f 通过比较两种菌株的SM代谢谱（通过非靶向MS确定），鉴定潜在的交叉喂养代谢物。
八种物种共生体在根际的表现
研究将最初构建的SynCom进一步精简为包含八种选定细菌的简化SynCom。简化SynCom的促植物生长效果与初始SynCom相似。
图4. 各种简化SynCom对植物生长的影响
a 接种无菌水（CK）、网络度排名前4的物种（SSC4D）、网络度排名前8的物种（SSC8D）、具有协同效应的8种物种（SSC8）和所有16种核心菌株（SBC）6周后的未嫁接西瓜植株代表性图像。b–d 植株的株高、根重和干重。
结论与意义
研究结果表明，SynCom在根际增殖并通过微生物的协同作用减轻病害，突显了微生物之间协同作用在增强植物健康中的潜力。研究表明，利用功能性SynCom可以成为可持续农业的有前途的解决方案。
参考文献
Qiao, Y., Wang, Z., Sun, H. et al. Synthetic community derived from grafted watermelon rhizosphere provides protection for ungrafted watermelon against Fusarium oxysporum via microbial synergistic effects. Microbiome 12, 101 (2024).
