《Acta Astronautica》：Bacillus subtilis seed inoculation reshapes wheat seed microbiome and reduces putative pathogen-associated taxa under simulated microgravity
编辑推荐：
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枯草芽孢杆菌 接种在模拟微重力环境下重塑了小麦种子的内生菌群。
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接种使假定的病原体相关分类群的相对丰度减少了50%以上。
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微生物组的变化与预测的防御功能和代谢反应有关。
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益生菌种子处理有助于太空作物生产的微生物管理。
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枯草芽孢杆菌 接种在模拟微重力环境下重塑了小麦种子的内生菌群。
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接种使假定的病原体相关分类群的相对丰度减少了50%以上。
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微生物组的变化与预测的防御功能和代谢反应有关。
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益生菌种子处理有助于太空作物生产的微生物管理。
引言
与种子相关的微生物组在植物发育的最早阶段就对植物健康起着重要作用[1],[2]。在发芽和幼苗建立过程中，种子携带的微生物可能成为植物内部组织的首批定殖者，并有助于塑造初始的内生菌群[3],[4]。与主要依赖于外部微生物来源的根际或土壤微生物群不同，种子微生物组会随种子传递给下一代植物[5],[6]。这些菌群可能包含有益微生物和病原体相关分类群，在植物经历环境压力时，后者可能会增多[7],[8],[9]。来自不同植物物种的证据表明，种子传递的细菌和真菌可以显著影响幼苗的微生物组，特别是在外部微生物输入受限的情况下[3],[10],[11]。
这一问题对于太空作物生产尤为重要。微重力和模拟微重力可以改变植物生理和植物-微生物相互作用，而封闭且高度清洁的栽培系统限制了来自土壤或其他外部来源的微生物的引入[8],[12],[13]。在这种条件下，种子携带的内生菌可能成为早期植物微生物组的主要来源。先前的太空飞行研究报道，种子携带的污染物可能导致太空种植的小麦严重患病，且微重力相关条件可能增加植物对病原体攻击的敏感性[14],[15]。因此，对于需要重复栽培、食品安全和飞行监测的作物生产系统，应在种子相关分类群在封闭系统中建立之前尽早管理微生物风险。
小麦是生物再生生命支持系统的重要候选作物[16],[17],[18]。包括我们在模拟微重力下的早期研究在内的多项研究表明，有益细菌可以改善植物生长和与疾病相关的反应，但这些研究主要集中在植物生理结果上[19],[20]。最近关于小麦相关微生物组的研究进一步表明，模拟微重力可以改变细菌群落的组成、网络稳定性和预测的功能特征[8],[21],[22]。然而，目前尚不清楚是否可以在栽培前使用益生菌种子接种来引导种子内生菌群的组装和宿主的代谢反应，从而减少小麦早期发育过程中病原体相关分类群的富集。
枯草芽孢杆菌是一种已被充分研究的植物有益细菌和生物控制剂，广泛用于种子处理[23]。它与种子处理的兼容性、广泛的生物控制活性以及产生抗菌化合物的能力使其适合作为种子接种剂[23],[24]。此外，枯草芽孢杆菌可以通过脂肽生产和免疫启动等机制促进植物生长、抑制植物病原体并诱导宿主防御反应[25],[26],[27]。这些特性使得枯草芽孢杆菌成为封闭作物生产系统中早期微生物管理的有希望的候选者。然而，目前尚不清楚枯草芽孢杆菌种子接种是否可以在模拟微重力下调节小麦种子内生菌群和宿主代谢反应。
因此，本研究探讨了枯草芽孢杆菌种子接种是否可以在模拟微重力下调节小麦种子内生菌群及其相关的代谢反应，特别关注病原体相关分类群。小麦种子被枯草芽孢杆菌接种后，在正常重力或3D旋转模拟微重力下进行培养。通过结合16S rRNA基因扩增子测序、功能预测和非靶向代谢组学分析，我们的目标是：(1)确定枯草芽孢杆菌接种如何影响早期种子内生菌群的组装；(2)评估接种是否与假定的病原体相关分类群的减少有关；(3)识别与此反应相关的微生物功能和代谢特征。这一框架使我们能够将益生菌种子处理作为一种实用的播种前策略，用于太空作物生产中的微生物风险管理。
章节片段
实验设计和取样
本研究中使用的实验材料是来自北京航空大学的Triticum aestivum L.（品种Chun）小麦种子。种子通过浸泡在0.1% KMnO4溶液中30分钟进行表面杀菌，然后用高压灭菌器在121°C下灭菌的蒸馏水冲洗至少五次（每次5分钟）。为了验证表面杀菌的效果，将最终冲洗水100 μL涂布在营养琼脂（NA）平板上，并在30°C下培养48小时[28]。没有
枯草芽孢杆菌接种减弱了模拟微重力引起的种子内生细菌群落的差异
使用香农指数评估了α多样性。在发芽阶段，模拟微重力下的香农指数显著低于正常重力，CK组和BS组都是如此（CK：P < 0.001；BS：P < 0.05；图1A）。然而，在BS组中这种降低不太明显，模拟微重力下的香农多样性显著高于CK组（P < 0.001）。在幼苗阶段，这种模式不再保持。
讨论
在封闭空间栽培系统中，管理种子携带的微生物风险非常重要[14],[50]。在这些系统中，来自土壤或其他外部来源的微生物引入受到限制，因此种子携带的内生菌可能会强烈影响发芽和幼苗早期生长的第一个微生物群[1],[50],[51]。在这项研究中，枯草芽孢杆菌种子接种并不仅仅作为一种传统的生物控制处理直接改善...
结论
本研究表明，在模拟微重力下枯草芽孢杆菌种子接种的价值不在于保持整体微生物组的多样性，而在于引导小麦种子内生菌群的早期组装。接种减少了假定的病原体相关分类群，并伴随着预测的防御相关功能以及应激和防御相关代谢物的变化。这些发现支持将益生菌种子处理作为一种实用的播种前策略，用于种子微生物组和早期...
CRediT作者贡献声明
陈立天： 方法学，调查。陈振宇： 验证，数据整理。易志豪： 数据整理。马俊： 方法学。严少成： 写作——原始草稿，可视化，方法学，正式分析，数据整理。崔晶晶： 写作——审阅与编辑，验证，方法学，数据整理。王世静： 写作——审阅与编辑，方法学，概念化。刘虹： 监督，资金获取。傅宇明： 写作——审阅与编辑，监督，方法学。
数据可用性
支持本研究的数据可在NCBI序列阅读档案（SRA）中找到，BioProject访问号为PRJNA1356659。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了中国国家自然科学基金（编号82271921、32471289）和中国载人航天计划通过其科学研究和利用系统（资助编号KJZ-YY-NSM0603和KJZ-YY-NSM0517）以及北京Nova计划（资助编号20250484788）的支持。
严少成 | 崔晶晶 | 王世静 | 陈立天 | 陈振宇 | 易志豪 | 马俊 | 刘虹 | 傅宇明
