本研究由Yanjun Li（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所）、Ruirui Li、Ran Liu等共同完成，通讯作者为福建农林大学根生物学中心的Yongjia Zhong。研究成果发表于2025年6月的Journal of Integrative Plant Biology (JIPB)，标题为《A simplified syncom based on core–helper strain interactions enhances symbiotic nitrogen fixation in soybean》（DOI: 10.1111/jipb.13881）。
研究领域：植物-微生物互作与合成微生物群落（Syncom, Synthetic Microbial Community）在可持续农业中的应用。
科学问题：传统合成微生物群落（Syncom）结构复杂且忽略菌株间互作，限制了其在农业中的应用效率。
研究动机：
1. 大豆（Glycine max）依赖与根瘤菌（Bradyrhizobium）的共生固氮（Symbiotic Nitrogen Fixation, SNF）获取氮素，但自然条件下固氮效率受微生物群落组成影响。
2. 此前Syncom构建多基于微生物与植物的潜在功能，而核心菌株（如根瘤菌）与辅助菌株（Helper Strains）的互作机制未被系统研究。
研究目标：开发一种基于核心-辅助菌株互作的简化功能型Syncom（SFSyncom），提高大豆共生固氮效率。
1. 核心菌株与辅助菌株筛选
- 研究对象：以大豆共生菌Bradyrhizobium elkanii BXYD3为核心菌株，测试其与3种预建Syncom（SC1–SC3）的共接种效果。
- 实验设计：
- 田间试验：大豆品种“Williams 82”和“Gui Xia No. 2”接种不同Syncom组合（SCx-B，x=1–3），测定生物量、氮含量及根瘤数（n=12）。
- 结果：SC1-B处理显著提高根瘤数量（+45%）、氮积累量（+32%）和产量（图1）。
2. 微生物群落结构分析
- 方法：16S rRNA基因测序（V5–V7区），比较根际细菌群落多样性（Shannon指数）和组成（OTU分析）。
- 发现：SC1-B处理显著富集Bradyrhizobium（相对丰度45.8%），且群落多样性低于其他处理（图2）。
3. 辅助菌株功能验证
- 关键菌株：从SC1中分离出Pantoea sp. NXR320和SDR495，验证其促进根瘤菌定殖的能力。
- 实验：
- 标记菌株：用GUS（β-葡萄糖醛酸酶）和LUX（荧光素酶）标记辅助菌株，共接种后检测根瘤菌定殖量（图5）。
- 生物膜形成：辅助菌株分泌的酰基高丝氨酸内酯（AHL, Acyl Homoserine Lactone）促进BXYD3生物膜形成（图6）。
4. 简化Syncom构建与验证
- SFSyncom组成：BXYD3（核心）+ NXR320 + SDR495（辅助）。
- 田间对比：SFSyncom效果与复杂Syncom（SC1-B）相当，根瘤数提高40%，产量增加25%（图7）。
创新方法：
- AHL检测：利用报告菌株Agrobacterium tumefaciens KYC55验证Pantoea产AHL的能力（图6a）。
- 基因组分析：对NXR320全基因组测序，鉴定AHL合成相关基因（如nxr320002405），并构建突变体（nxr320ahl-del）验证功能（图S13–S14）。
科学意义：
1. 揭示了Pantoea通过AHL信号分子调控根瘤菌-宿主互作的新机制。
2. 提出“核心-辅助菌株”策略简化Syncom构建，为微生物群落设计提供新范式。
应用价值：
- 农业实践：SFSyncom可减少化肥依赖，提升大豆产量（种子重量增加25%）。
- 技术推广：简化Syncom更易标准化生产，适于大规模田间应用。
（报告完）