挥发性有机物驱动的植物根际促生菌代谢互作机制研究：基于Priestia megaterium与Bacillus licheniformis的代谢组学解析

本研究通过模拟根际环境，采用分室培养系统结合非靶向代谢组学技术，揭示了Priestia megaterium与Bacillus licheniformis通过挥发性有机物(VOCs)介导的代谢互作机制。研究发现VOCs可诱导菌株特异性代谢重编程，促进次级代谢物（如macrolactins）分泌并激活氮循环通路，为开发基于微生物互作的可持续农业策略提供理论依据。

　　

在微生物王国隐秘的化学对话中，挥发性有机物(VOCs)如同无形的语言，调控着土壤微生物的生存策略。根际作为地球上最活跃的生态界面，其微生物互作网络直接关系到作物健康，但VOCs如何精确调控植物根际促生菌(PGPR)的代谢协同仍属科学盲区。南非约翰内斯堡大学（University of Johannesburg）的Kamogelo Mmotla团队在《Archives of Microbiology》发表的研究，首次通过代谢组学透镜解析了Priestia megaterium与Bacillus licheniformis的VOCs对话机制。

研究人员采用分室培养系统模拟根际环境，结合UPLC-MS（超高效液相色谱-质谱联用技术）和多元统计分析，动态监测了共培养条件下菌株的内外代谢组变化。通过MS-DIAL软件进行代谢物注释，并利用MetaboAnalyst 6.0平台完成通路富集分析，构建了VOCs驱动的代谢互作图谱。

Phenotypic changes in PGPR cultures influenced by VOC exchange overtime

研究发现B. licheniformis在共培养第6天即出现丝状生长，比单培养提前3天，

表明VOCs（如2,3-丁二醇）可加速形态适应。而P. megaterium始终未表现丝状生长，揭示菌株特异性响应。

Co-cultivation shifted the endo-metabolome,leading to significant metabolic adaptation

PLS-DA模型显示共培养显著改变内源代谢谱。

P. megaterium中赖氨酸降解通路（p=0.006）受显著影响，关键中间体6-氨基-2-氧代己酸酯在共培养中减少50%，提示VOCs重塑碳氮分配。

The secretion of diverse primary and secondary metabolites contributes to interspecific differences in exo-metabolic profiles

外代谢组分析揭示P. megaterium在共培养中大量分泌脯氨酸、缬氨酸等氨基酸及bacilliskamide A等抗菌脂肽，

而B. licheniformis则表现出代谢物滞留现象，反映物种间不同的生存策略。

这项研究首次绘制了PGPR间VOCs信号传导的代谢路线图，证实微生物通过化学对话实现资源优化配置。发现VOCs可激活P. megaterium的次级代谢基因簇（如macrolactins合成通路），同时诱导B. licheniformis的形态可塑性，为设计基于微生物组装的生物肥料提供新思路。该成果对减少农业化肥依赖、开发根系微生物调控技术具有重要生态价值。