Um SinCom bacteriano estável de 15 membros promove o crescimento do Brachypodium sob estresse hídrico

Introdução Os microbiomas da rizosfera são conhecidos por impulsionar o ciclo de nutrientes no solo e influenciar a adequação das plantas durante condições ambientais adversas. Comunidades Sintéticas (SinComs) de microrganismos robustos, derivadas de campo e que imitam a diversidade dos microbiomas da rizosfera, podem promover um entendimento mais profundo desses processos. No entanto, montar SinComs estáveis, geneticamente manipuláveis, reproduzíveis e escaláveis continua a ser um desafio. Métodos Aqui, apresentamos uma abordagem sistemática utilizando uma combinação de análise de rede e métodos guiados por cultivo para construir um SinCom de 15 membros a partir do rizobioma de Brachypodium distachyon. Este SinCom incorpora cepas diversas de cinco filos bacterianos. A análise genômica das cepas individuais foi realizada para revelar traços codificados que promovem o crescimento das plantas, incluindo genes para a síntese de osmoprotetores (trealose e betaína) e transportadores de Na + /K +, e alguns traços preditivos foram validados por ensaios fenotípicos laboratoriais. Resultados O SinCom demonstra forte estabilidade tanto in vitro quanto in planta. A maioria das cepas codificou múltiplas funções que promovem o crescimento das plantas, e várias delas foram confirmadas experimentalmente. A presença de genes de osmoprotetores e transportadores de íons provavelmente contribuiu para a resiliência observada do Brachypodium ao estresse hídrico, onde plantas amendoadas com o SinCom se recuperaram melhor do que aquelas sem. Observamos ainda a colonização preferential das cepas do SinCom ao redor das extremidades radiculares sob estresse, provavelmente devido a interações ativas entre os metabolitos das raízes das plantas e as bactérias. Discussão Nossos resultados demonstram que a construção de comunidades sintéticas informadas por traços pode gerar consórcios estáveis e funcionalmente diversos que aumentam a resiliência das plantas sob estresse hídrico. A colonização preferential próxima às extremidades radiculares aponta para a sinalização ativa e localizada planta-microbio como um componente do recrutamento responsivo ao estresse. Este SinCom estável fornece uma plataforma escalável para investigar os mecanismos da interação planta-microbio e para desenvolver estratégias baseadas em microbioma para melhorar o solo e o desempenho das culturas em ambientes variáveis.