Complementary approaches of in vitro, in silico and whole genome analyses confirm that in situ similis culturomic strategies uncover greater taxa diversity and PGP functions of tomato microbiota
本研究表明，原位类比培养组学策略结合体外、计算机模拟及全基因组分析，成功揭示了多种具有多功能植物促生长特性和抗逆性的新型番茄微生物组分离株，从而为农业合成群落的开发确定了具有前景的候选对象。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
植物并非孤立存在。它们被一个由细菌和真菌组成的庞大而隐形的微观世界所环绕，这些微生物生活在它们的叶片上、根部中，甚至存在于它们的组织内部。这个微生物群落不仅仅是乘客，更是至关重要的伙伴。其中一些微生物充当着天然肥料的角色，帮助植物吸收土壤中的养分，而另一些则产生激素以促进生长或建立抵御疾病的盾牌。近年来，科学家们意识到，我们粮食作物的健康在很大程度上取决于这些隐藏的盟友。然而，一个主要问题阻碍了我们的理解：大多数这些有益的微生物拒绝在实验室使用的标准培养皿中生长。几十年来，研究人员只能研究那些极少数容易捕捉到的细菌，使得绝大多数植物真正的微生物伙伴仍处于未知状态。
为了解决这个问题，一个研究小组转向了一种被称为“原位相似性”（in situ similis）培养的巧妙新方法。科学家们不再强迫细菌在人工合成的化学食物中生长，而是使用直接取自植物本身的材料。他们利用蔬菜薄片和植物肉汤制作培养基，本质上是为微生物提供了一份看起来和尝起来都像它们天然家园的“菜单”。这种方法成功地诱导了许多此前难以培养的细菌生长，揭示了一个比以往任何时候都更丰富、更多样化的群落。研究人员将重点放在番茄植株上，这是一种面临盐碱土壤、干旱和极端高温持续威胁的作物。他们想知道，这种新发现的细菌多样性是否也带来了新的益处，能够帮助番茄在恶劣条件下生存。
该团队选取了二十种利用这些植物基培养法分离出的不同细菌菌株，并对它们进行了一系列测试。他们寻找的是让微生物成为优秀植物伙伴的特定特征。这些特征包括产生吲哚-3-乙酸（一种有助于植物生长的天然激素）的能力；溶解磷和钾（两种通常被锁在土壤中的必需养分）的能力；以及释放氨（一种植物可以利用的氮形式）的能力。他们还测试了这些细菌在盐水环境以及水分匮乏的环境（模拟干旱压力）中的生存能力。
结果令人瞩目。在接受测试的二十种细菌中，有十四种能够产生生长激素，十三种能够溶解磷，六种在解锁钾元素方面表现尤为出色，十种菌株可以产生氨。在应对压力方面，这些细菌的表现也非常出色。在涉及高盐浓度的测试中，大多数菌株继续生长，其中一些在海水基培养基中表现出了卓越的韧性。同样，当使用模拟干旱的物质使水分变得稀缺时，许多细菌仍保持着强劲的生长。研究人员发现，生活在植物根部和叶片上的细菌往往表现出不同的优势，但有一组特殊的菌株脱颖而出，它们几乎同时具备了所有这些有益特征。其中包括来自 Modestobacter、Flavobacterium、Dyadobacter 和 Variovorax 属的细菌，它们似乎是帮助作物在困难环境中茁壮成长的有力候选者。
为了更深入地理解这些发现，科学家们研究了这些细菌的遗传蓝图。他们将新分离出的细菌基因与公共数据库中已知细菌的基因进行了对比。这种基因挖掘证实，这些细菌确实拥有他们在实验室中所观察到的所有有益功能（如制造激素和应对压力）的指令。其中一个名为 Pseudomonas RC25-4 的分离株引起了团队的注意，因为它看起来完全是一个全新的事物。虽然在显微镜下它看起来像是一种已知的假单胞菌（Pseudomonas），但其遗传代码足够独特，表明它可能是一个从未见过的物种。
研究人员对这一独特的假单胞菌株进行了全基因组测序，以了解其特殊之处。他们发现，虽然该菌株失去了一些土壤栖息细菌常见的养分摄取基因，但它获得了用于在植物内部生活的独特遗传工具。这些工具包括帮助细菌附着在植物细胞上、形成保护膜以及抵抗植物自身免疫系统的基因。它还携带了使其能够在重金属和其他毒素中生存的基因。这表明，这种细菌已经进化到专门作为番茄植株内的隐形居民，而不仅仅是生活在土壤周围。这项研究得出结论，通过使用基于植物的培养方法，科学家可以揭开一个隐藏的微生物多样性世界。这些新发现的细菌，凭借其促进生长和抵御压力的多种能力，为开发可持续农业解决方案提供了广阔前景，特别是在温室蔬菜种植或土壤盐碱化及干旱地区。
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