Samenabgeleitete synthetische mikrobielle Gemeinschaften (SynComs) aus wildwachsenden Verwandten von Medicago modulieren die frühe Mikrobiom-Assemblierung und phänotypische Merkmale in Luzerne (Medicago sativa L.)

Samenassoziierte Mikrobiome stellen eine kritische, jedoch wenig genutzte Grenze im Design synthetischer Gemeinschaften (SynCom) dar, insbesondere bei Futterleguminosen wie Luzerne (Medicago sativa L.), wo die frühe mikrobielle Assemblierung die Pflanzenentwicklung formen kann. Wir entwickelten ökologisch informierte SynComs unter Verwendung von samenabgeleiteten bakteriellen Isolaten aus den Wildverwandten von Medicago-Kulturen (CWRs) und priorisierten Gattungen, die zusammen mit dem kultivierten Luzernesamenmikrobiota vorkommen. Zwei drei-stämmige SynComs und ein sechs-stämmiger ‚Mix‘-SynCom wurden durch Sameninokulation angewendet. Die Pflanzen wurden im Gewächshaus gezüchtet; eine Teilmenge wurde in eine separate Phenomik-Anlage transferiert, unterschiedlichen Bewässerungsregimen ausgesetzt und später für die Erholung nach Stress wieder ins Gewächshaus zurückgebracht. Ein mehrstufiger Ansatz, der Phänotypisierung, Hochdurchsatz-Bildgebung und 16S rRNA-Profiling kombiniert, erfasste die Dynamik der Pflanzen-Mikrobiom-Interaktionen. SynCom-Inokulation verbesserte konstant die Keimung und das frühe Wachstum, wobei der ‚Mix‘-SynCom die stärksten phänotypischen Gewinne in der frühen Phase hervorbrachte. Mikrobiom-Profiling zeigte behandlungsabhängige Umstrukturierungen, die selektive Anreicherung und mikrobielle Koaleszenz offenbarten. Während die SynCom-Effekte am ausgeprägtesten zu Beginn waren, war ihr Einfluss unter Trockenheit und in späteren Phasen variabel und kontextabhängig. Diese Studie positioniert samenbasierte, aus CWR abgeleitete SynComs als effektive Modulatoren der frühen Pflanzen-Mikrobiom-Interaktionen. Durch die Integration ökologischer Selektion mit zeitlicher Phänotypisierung präsentieren wir einen skalierbaren Rahmen für mikrobielle Lösungen in der nachhaltigen Landwirtschaft.