芽孢杆菌属微生物群落差异性代谢组学表征及其对微生物生物刺激剂理性设计的启示

《Microbial Ecology》：Mapping the Chemical Language of Bacillus Consortia: Toward the Rational Design of Microbial Biostimulants

　　

摘要

将微生物群落作为生物刺激剂配方应用于改善植物生长和生产力的研究正在蓬勃发展，被认为是实现农业可持续性的一种有前景的途径。然而，支配微生物生物刺激剂作用机制的潜在生物化学和分子机制，以及微生物群落中的微生物相互作用，仍然是持续研究的领域。这一知识空白限制了微生物生物刺激剂在可持续农业中的设计与实施。因此，本计算代谢组学研究旨在全面表征由地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、小芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌的不同组合配制的三个微生物群落的代谢组。三个群落被接种于液体培养基中培养，并在细菌生长的不同阶段从胞外和胞内环境中提取代谢物。样品通过液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）系统进行分析。采用分子网络和机器学习方法对获取的光谱数据进行挖掘和解释。研究结果揭示了定义3个微生物群落化学空间的差异性代谢物谱。注释后的代谢组由多样的分子家族组成，包括氨基酸和多肽、抗菌物质、植物激素、脂质、有机酸、碳水化合物和嘧啶类化合物。每个群落在不同生长阶段均表现出差异性的代谢物谱。因此，本研究的结果为芽孢杆菌属群落差异性代谢组学图谱提供了有价值的见解，构建了芽孢杆菌属群落代谢的化学词汇表，对微生物相互作用和植物相关功能具有潜在意义。这些发现提供了一个生物化学框架，可为微生物生物刺激剂配方的理性设计及后续实验验证提供信息参考。因此，本研究支持实现联合国可持续发展目标，特别是零饥饿（SDG 2）和气候行动（SDG 13）。