宿主引导的微生物组-代谢物相互作用实现了跨界的合成生物学协同作用，从而抑制疾病的发生

摘要

背景

植物微生物组在增强抗病性方面发挥着关键作用，然而基于微生物组的植物保护策略仍受到限制，因为人们对宿主选择、微生物相互作用以及根际化学环境如何共同影响病原体抑制机制的理解还不够充分。

结果

在这里，我们采用“向自然学习”的方法来设计合成微生物群落（SynComs），这些群落能够模拟自然进化出的病原体抑制作用，以香蕉枯萎病作为模型系统。高通量分析表明，细菌和真菌群落都对品种的抗病性有所贡献。我们鉴定并分离出与抗病性相关的微生物类群，进而构建了代表抗病品种和易感品种的细菌、真菌以及跨界微生物群落（SynComs）。来自抗病品种的SynComs比来自易感品种的SynComs更能有效抑制病原体生长，其中跨界微生物群落的效果最为显著。接种跨界SynComs显著降低了疾病严重程度，并重新塑造了根际微生物组的组成和功能潜力。整合转录组学和代谢组学分析揭示了宿主代谢的协调重组，其特征是多种代谢物（包括生物碱、氨基酸和黄酮类化合物）的积累增加。值得注意的是，补充与抗病性相关的根际代谢物（如硬脂酸和莽草酸）进一步增强了病原体的抑制效果。

结论

我们的研究结果建立了一个机制框架，其中宿主引导的微生物组组装和代谢物介导的相互作用共同作用，使得跨界SynComs能够有效抑制病原体，为基于微生物组的植物保护策略提供了生态学依据。

视频摘要

背景

植物微生物组在增强抗病性方面发挥着关键作用，然而基于微生物组的植物保护策略仍受到限制，因为人们对宿主选择、微生物相互作用以及根际化学环境如何共同影响病原体抑制机制的理解还不够充分。

结果

在这里，我们采用“向自然学习”的方法来设计合成微生物群落（SynComs），这些群落能够模拟自然进化出的病原体抑制作用，以香蕉枯萎病作为模型系统。高通量分析表明，细菌和真菌群落都对品种的抗病性有所贡献。我们鉴定并分离出与抗病性相关的微生物类群，进而构建了代表抗病品种和易感品种的细菌、真菌以及跨界微生物群落（SynComs）。来自抗病品种的SynComs比来自易感品种的SynComs更能有效抑制病原体生长，其中跨界微生物群落的效果最为显著。接种跨界SynComs显著降低了疾病严重程度，并重新塑造了根际微生物组的组成和功能潜力。整合转录组学和代谢组学分析揭示了宿主代谢的协调重组，其特征是多种代谢物（包括生物碱、氨基酸和黄酮类化合物）的积累增加。值得注意的是，补充与抗病性相关的根际代谢物（如硬脂酸和莽草酸）进一步增强了病原体的抑制效果。

结论

我们的研究结果建立了一个机制框架，其中宿主引导的微生物组组装和代谢物介导的相互作用共同作用，使得跨界SynComs能够有效抑制病原体，为基于微生物组的植物保护策略提供了生态学依据。

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