类型a：这篇文档报告了一项原创研究。
主要作者与机构及发表信息
本研究的主要作者包括Ben Niu、Joseph Nathaniel Paulson、Xiaoqi Zheng和Roberto Kolter，他们分别来自哈佛医学院微生物学与免疫生物学系、丹娜法伯癌症研究所生物统计学与计算生物学系、哈佛T.H. Chan公共卫生学院生物统计学系以及上海师范大学数学系。该研究于2017年3月8日在线发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
学术背景
本研究属于植物微生物组学领域。植物相关的微生物群落对其宿主的生长和健康至关重要。然而，由于这些群落的高度复杂性，详细研究其群落组装机制及其对宿主的有益作用面临巨大挑战。为了解决这一问题，研究者试图通过建立一个简化的合成细菌群落来探索植物根际微生物群落的功能和组装动态。玉米（Zea mays）是一种重要的单子叶作物，其根际微生物群落已被证明受到宿主基因型、土壤理化性质及施肥方式等多种因素的影响。基于此背景，本研究旨在开发一个简化但具有代表性的七种细菌组成的合成群落模型，以研究其在无菌玉米幼苗上的群落组装动态及其对宿主的保护作用。
研究流程
本研究分为以下几个主要步骤：
微生物群落分析
研究首先对在自然土壤中生长的玉米根部、根际和块状土壤中的微生物群落进行了16S rRNA基因测序分析（使用Illumina MiSeq平台）。样本来源于三个部分：根部、根际和块状土壤。总共获得了778,601条高质量序列，并通过聚类分析得到了3,211个操作分类单元（OTUs）。结果显示，玉米根际微生物群落主要由四个优势门组成：变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和放线菌门（Actinobacteria）。
简化群落的构建
研究采用了两种策略（策略I和策略II）来获得能够稳定定植于玉米根部的简化细菌群落。策略I通过将根组织悬浮液接种到无菌种子上，并在无菌MS琼脂中培养7天后提取细菌。策略II则直接将根组织悬浮液涂布在选择性培养基上分离单菌落。最终，研究者从两种策略中筛选出了七种细菌：Enterobacter cloacae、Stenotrophomonas maltophilia、Ochrobactrum pituitosum、Herbaspirillum frisingense、Pseudomonas putida、Curtobacterium pusillum和Chryseobacterium indologenes。
群落动态跟踪
研究通过一种依赖培养的方法（基于选择性平板计数）和16S rRNA基因测序方法，对七种细菌群落在玉米根部的动态变化进行了跟踪。实验发现，这七种细菌能够在15天内稳定共存，且其相对丰度在不同时间点的变化具有一致性。
单物种去除实验
为了探究每种细菌在群落组装中的作用，研究逐一去除了七种细菌中的每一种，并观察了剩余群落的动态变化。结果表明，只有去除E. cloacae会导致群落结构发生显著变化，C. pusillum成为主导菌种，其他菌种几乎灭绝。
病原体抑制实验
研究还评估了该合成群落对玉米苗枯病病原真菌Fusarium verticillioides的抑制作用。通过体外和体内实验，研究发现该群落能够显著延迟真菌的定植并抑制其菌丝扩展。
主要结果
1. 微生物群落分析结果
研究发现，玉米根际微生物群落与根际和块状土壤中的群落存在显著差异，主要由变形菌门（占总群落的84.4%）主导。这种选择性招募现象验证了宿主对微生物群落的调控作用。
简化群落的稳定性
七种细菌组成的合成群落能够在无菌玉米幼苗上稳定组装，并在15天内保持一致的动态变化。
单物种去除实验结果
去除E. cloacae导致群落结构崩溃，C. pusillum迅速占据主导地位，而其他菌种几乎灭绝。这表明E. cloacae在维持群落稳定性中扮演了关键角色，类似于生态学中的“基石物种”。
病原体抑制结果
合成群落显著延迟了F. verticillioides的定植，并抑制了其菌丝扩展，从而降低了玉米苗枯病的严重程度。此外，单独测试每种细菌时发现，E. cloacae表现出最强的抑制效果。
结论与意义
本研究成功构建了一个简化但具有代表性的七种细菌组成的合成群落模型，用于研究玉米根际微生物群落的组装动态及其对宿主的保护作用。该模型揭示了E. cloacae作为“基石物种”在维持群落稳定性中的重要作用，并展示了合成群落对病原体的抑制能力。这些发现不仅有助于理解植物微生物群落的组装机制，还为利用微生物群落进行生物防治提供了理论基础。
研究亮点
1. 创新性方法：研究开发了一种依赖培养的方法，可以快速、准确地测定每种细菌的绝对丰度。
2. 关键发现：E. cloacae被确定为群落组装的关键物种。
3. 应用价值：该合成群落模型为未来研究植物-微生物相互作用提供了重要工具，同时展示了其在农业生物防治中的潜在应用。
其他有价值内容
研究还强调了宿主介导的微生物群落选择的重要性，并指出该方法可能适用于其他植物物种的微生物群落研究。此外，研究中使用的表型微阵列技术（Phenotype Microarray, PM）为快速筛选选择性培养条件提供了新思路。