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Jul 03, 2023

Der Einfluss der Zugabe von Protozoen auf die Überlebensfähigkeit von Bacillus-Impfmitteln und die Dynamik des Bodenmikrobioms

ISME Communications Band 2, Artikelnummer: 82 (2022) Diesen Artikel zitieren 2262 Zugriffe 3 Zitate 2 Altmetrische Metrikdetails Die selektive Prädation von Bakterienzellen durch Protisten ist wichtig

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Das selektive Raub von Bakterienzellen durch Protisten ist ein wichtiger Regulator des Bodenmikrobioms, der den Erfolg der Bakterienfreisetzung im Boden beeinflussen könnte. Beispielsweise können das Überleben und die Aktivität eingeführter Bakterien durch die selektive Beweidung von Wohngemeinschaften oder durch das Impfmittel beeinträchtigt werden, aber darüber ist noch wenig bekannt. Hier untersuchten wir die Auswirkungen der Einführung zweier Protozoenarten, Rosculus terrestris ECOP02 und/oder Cerocomonas lenta ECOP01, in den Boden auf das Überleben der Impfmittel Bacillus mycoides M2E15 (BM) oder B. pumilus ECOB02 (BP). Wir haben auch die Auswirkungen der Bakterienimpfung mit oder ohne Protozoenzugabe auf die Häufigkeit und Vielfalt der einheimischen Bodenbakterien- und Protistengemeinschaften untersucht. Während die Zugabe beider Protozoen das Überleben von BM verringerte, erhöhte ihre Anwesenheit im Gegensatz dazu die BP-Häufigkeit. Die selektive Prädation der Protisten steuert die Etablierung dieser bakteriellen Impfmittel, indem sie die Struktur des Bodenmikrobioms und die gesamte Bakterienhäufigkeit verändert. Im BP-Experiment veränderte das Vorhandensein der eingeführten Protozoen die Strukturen der Bodengemeinschaft und verringerte die Bakterienhäufigkeit im Boden am Ende des Experiments, was das Überleben der Eindringlinge begünstigte. Unterdessen veränderten die eingeführten Protozoen die Strukturen der Bodengemeinschaft im BM-Experiment nicht und verringerten die Wirkung der BM + Protozoen-Impfmittel auf die Gesamtbakterienhäufigkeit im Boden. Unsere Studie bestärkt die Ansicht, dass ihr räuberisches Verhalten zur Steuerung des Bodenmikrobioms genutzt werden kann, um den Erfolg bakterieller Impfungen zu verbessern, indem die Ressourcenkonkurrenz mit den ansässigen mikrobiellen Gemeinschaften im Boden verringert wird, sofern zusätzliche Protozoen sich nicht bevorzugt von bakteriellen Impfmitteln ernähren.

Die weltweite Nahrungsmittelnachfrage wird bald die globale Pflanzenproduktion übersteigen [1], da die derzeitige Weltbevölkerung im Jahr 2050 9,8 Milliarden erreichen könnte [2]. Die Steigerung der Nahrungsmittelproduktion wurde hauptsächlich durch die Intensivierung der Landwirtschaft erreicht, was zu vielen Umweltproblemen geführt hat [3]. Um dem ökologischen Fußabdruck aktueller landwirtschaftlicher Praktiken entgegenzuwirken, investieren mehrere Länder in die Entwicklung mikrobieller Impfmittel [4], um die Produktivität der Pflanzen zu steigern, indem sie die Abhängigkeit der Pflanzen von Düngemitteln und Pestiziden verringern [5,6,7]. Allerdings bleibt es eine außerordentliche Herausforderung, mikrobielle Impfmittel für eine erfolgreiche Feldanwendung maßgeschneidert anzupassen. Eine große Einschränkung besteht darin, dass viele Impfstoffe nach der Einführung nicht in der Lage sind, hohe Populationsdichten aufrechtzuerhalten [8], da sie den oft intensiven abiotischen und biotischen Gegendruck des Bodenmikrobioms überwinden müssen [9, 10]. Die Mechanismen, die diesen Gegendruck antreiben, werden oft durch Ressourcenkonkurrenz und Antagonismus erklärt, was zu einer geringen Überlebensfähigkeit des Impfmittels führt [11,12,13]. Allerdings können andere Mechanismen, die die Bakteriendichte in Böden steuern, wie z. B. Phagen- und Protistenaktivitäten, die ankommenden und ansässigen Bakterien beeinflussen und möglicherweise das Schicksal eingeführter Mikroben beeinflussen. Obwohl die Prädation durch Protozoen (definiert als heterotrophe Protisten) als „Top-Down“-Regulator erkannt wurde, der die Struktur und Funktion des Bodenmikrobioms steuert [14, 15], wird dieser Aspekt selten in Studien zum Schicksal mikrobieller Impfmittel im Boden einbezogen .

Kürzlich wurde die Verwendung von Protozoen als Impfmittel allein oder parallel zu bakteriellen Impfmitteln für verschiedene Zwecke vorgeschlagen. Erstens können die bakterienfressenden Eigenschaften von Protozoen zu Nährstofffreisetzungen führen, da die C:N-Verhältnisse der Protozoen oft höher sind als die ihrer bakteriellen Beute [16]. In der Rhizosphäre können Protozoen somit die Nährstoffmineralisierung fördern, was den Pflanzen zugute kommt [17]. Darüber hinaus können Protozoen aufgrund ihres Angriffs auf Pflanzenpathogene [18] und ihrer Sekretion extrazellulärer Verbindungen mit bakteriziden Eigenschaften auch als Biokontrollmittel wirken [19]. Sie können auch die pflanzliche Immunität und den Hormonhaushalt verbessern [20, 21].

Die Kombination der pflanzenförderlichen Wirkungen von Protozoen- und Bakterienimpfungen könnte eine interessante Strategie zur Steigerung der Pflanzenproduktion darstellen. Es ist jedoch wichtig zu beurteilen, inwieweit die Protozoen das Überleben der eingeschleppten Bakterien positiv oder negativ beeinträchtigen. Es ist bekannt, dass die Prädation durch Protozoen oft selektiv ist, das heißt, sie hängt von der Art der Nahrungsaufnahme und der Motilität der Protozoen, der Morphologie der Beute (z. B. Zellgröße und Oberflächeneigenschaften der Beute) und chemischen Merkmalen (z. B. Sekretion von Sekundärmetaboliten) ab [15]. Darüber hinaus könnten Beutetiere wie Bakterien, Pilze [18] und andere Protisten [22] über Abwehrmechanismen verfügen, die die Erkennung, Aufnahme und Verdauung durch Protozoen verhindern können [15]. Frühere Studien [23, 24] haben gezeigt, dass zusätzliche Protisten das Überleben eingeführter Bakterien im Boden erhöhen könnten, indem sie ihre defensiven Sekundärmetaboliten aktivieren. Andere relevante Mechanismen sind jedoch noch wenig erforscht. Erstens können zusätzliche Protisten das Bodenmikrobiom prädieren. Dies kann (auch nur vorübergehend) zu einer Verringerung der Gesamtbakteriendichte im Boden führen und das Überleben des bakteriellen Impfmittels verbessern, indem die Konkurrenz aufgrund der Entfernung von Konkurrenten und der Freisetzung von Nährstoffen gemildert wird. Generell könnte die Prädation durch zusätzliche Protisten die Häufigkeit räuberempfindlicher Taxa verringern und räuberresistente Taxa erhöhen und so die Mikrobiomstruktur modulieren. Dies kann dann das Überleben des bakteriellen Impfmittels beeinflussen, das durch die Zusammensetzung des Bodenmikrobioms reguliert wird [25, 26]. Abhängig von der Identität des eingeführten Bakterienstamms und der Protisten könnten diese jedoch älter sein als das Bakterieninokulum und somit dessen Überleben beeinträchtigen.

Hier untersuchten wir, ob das Potenzial des Protozoen, die Häufigkeit und Zusammensetzung des Bodenmikrobioms zu „manipulieren“, als Strategie zur Verbesserung des Überlebens von Impfmitteln genutzt werden könnte. Wir gehen davon aus, dass die Zugabe von Protozoen das Überleben von bakteriellen Impfmitteln im Boden verbessert, indem die Ressourcenkonkurrenz zwischen einheimischen und eingeführten Bakterienarten aufgehoben wird, trotz des Risikos einer direkten Prädation des bakteriellen Impfmittels. Wir haben zwei Protozoenarten ausgewählt, die trottende Amöbe Rosculus terrestris ECOP02 (im Folgenden als Rosculus bezeichnet) und den freischwimmenden Flagellaten Cercomonas lenta ECOP01 (Cercomonas), zur Verwendung in Verbindung mit den bakteriellen Impfmitteln Bacillus mycoides M2E15 (im Folgenden als bezeichnet). zu BM) oder B. pumilus ECO-B-002 (BP). Jeder Bacillus-Stamm wurde aufgrund seiner Fähigkeit ausgewählt, das Pflanzenwachstum zu fördern, wahrscheinlich durch Phosphatlösung, Eisenaufnahme, Indolessigsäure und die Produktion antimikrobieller Peptide (z. B. Bakteriocin) [27, 28]. Tatsächlich haben frühere Studien gezeigt, dass diese Bacillus-Stämme das Wachstum von Zuckerrüben, Kürbisgewächsen, Tabak und Gras förderten [27, 29, 30, 31]. Dagegen wurden die beiden Protozoenarten aufgrund ihrer unterschiedlichen Größe und Fütterungsstrategie ausgewählt [32, 33], was ihre Bewegung im Boden abhängig von der Größe des Bodenporenhalses bestimmt [34, 35]. Rosculus bewegt sich mithilfe von Pseudopodien, ernährt sich durch Oberflächengleitphagozytose und hat im Vergleich zu Cercomonas ein kleineres Volumen [32, 36]. In der Zwischenzeit bewegen sich Cercomonas mithilfe von Flagellaten, ernähren sich über Flagellum-vermittelte Filterfütterung und haben im Vergleich zu Rosculus ein größeres Volumen [32, 37]. Zusammen mit den oben genannten Bacillus-Merkmalen erwarten wir, dass unterschiedliche Eigenschaften zwischen diesen beiden Protisten unterschiedliche räuberische Auswirkungen auf die Dynamik des Bodenmikrobioms und das Überleben des Bacillus haben würden. Die Zugabe dieser beiden Protozoen zu einem organischen Dünger, der andere Bacillus-Arten enthielt, begünstigte deren Persistenz im Boden [28].

Wir haben getestet, inwieweit das Überleben jedes eingeführten Bacillus-Stammes durch die gleichzeitige Einführung von Rosculus und/oder Cercomonas in Bodenmikrokosmen über einen Zeitraum von 44 Tagen beeinflusst wurde. Wir untersuchten auch, ob der Einfluss der Protozoen durch Auswirkungen auf die gesamte Bodenbakterienhäufigkeit sowie die Struktur und Zusammensetzung der Bodenbakterien- und Protistengemeinschaften erklärt werden könnte. Aufgrund früherer Ergebnisse [28] stellten wir die Hypothese auf, dass diese Protozoen das Überleben jedes der beiden bakteriellen Impfmittel fördern würden, insbesondere im Zusammenhang mit durch Raubtiere verursachten Veränderungen der Häufigkeit und Zusammensetzung der ansässigen Bakterien- und möglicherweise Protistengemeinschaften, mit denen sie konkurrieren die Bacillus- und Protozoen-Impfstoffe.

Der Boden wurde auf einem Kartoffelfeld (sandiger Lehm, pH-Wert 4,75) in Leeuwarden, Friesland, Niederlande, gesammelt. Der Boden wurde homogenisiert und durch ein 2-mm-Sieb gesiebt und durch Zugabe von 2,33 g Ca(OH)2/kg Boden auf einen pH-Wert von 7,0 eingestellt, um das Überleben von Protozoen und bakteriellen Impfmitteln zu ermöglichen, da diese unter sauren Bedingungen nicht gut wuchsen. Bodenmikrokosmen wurden hergestellt, indem 40-g-Portionen dieser Erde aufgeteilt und in sterile Glasgefäße gegeben wurden, die mit steriler Aluminiumfolie verschlossen waren. Die Bodenfeuchtigkeit wurde konstant bei 65 % der Wasserhaltekapazität (WHC) gehalten, indem das Wasser regelmäßig nachgefüllt wurde, bis Bakterien und Protozoen-Eindringlinge eingeschleppt wurden. Der Boden wurde zwei Wochen lang bei Raumtemperatur inkubiert, um die Wiederherstellung des Bodenmikrobioms in allen Mikrokosmen zu ermöglichen.

Die Behandlungen wurden durch Inokulation der Mikrokosmen mit verschiedenen Kombinationen von Bakterien (BM und BP) und Protozoen-Eindringlingen (Rosculus und Cercomonas) erstellt. Gleichzeitig wurde durch Zugabe von sterilem Wasser eine Kontrolle hergestellt (Abb. 1). Für das BM-Experiment bestehen die Behandlungen aus Mikrokosmen, die nur mit BM geimpft wurden; BM, Rosculus und Cercomonas insgesamt (BM + R + C); und nicht inokulierte Kontrolle (Abb. 1a). Im BP-Experiment bestehen die Behandlungen aus Mikrokosmen, die nur mit BP geimpft wurden; BP, Rosculus und Cercomonas (BP + R + C); BP und Rosculus (BP + R); BP und Cercomonas (BP + C); und nicht inokulierte Kontrolle (Abb. 1b). Zerstörungsproben wurden an den Tagen 0, 3, 15, 27 und 44 für das BM-Experiment und an den Tagen 0, 1, 3, 20 und 43 für das BP-Experiment durchgeführt, wobei für jedes Behandlungs- und Probenahmedatum Dreifachproben verwendet wurden. Dies umfasste somit 45 Mikrokosmen für BM (3 Behandlungen × 5 Probenahmetermine × 3 Wiederholungen) und 75 Mikrokosmen für BP (5 Behandlungen × 5 Probenahmetermine × 3 Wiederholungen). Wir führten zwei getrennte Experimente mit unterschiedlichen Probenahmezeitpunkten durch, basierend auf den Überlebensmustern des Impfmittels, die aus unserer vorherigen Studie generiert wurden [26].

(a) geimpft mit Bacillus mycoides M2E15 und (b) B. pumilus ECO-B-02, mit oder ohne Protozoen.

Rifampicin-resistente Stämme von BM und BP wurden durch eine spontane Mutation entwickelt, die keinen Einfluss auf die Fitness der mutierten Stämme im Vergleich zu der der Wildtyp-Stämme hatte [26]. Beide Stämme wurden über Nacht bei 28 °C in LB-Brühe gezüchtet. Die Kulturen wurden dann dreimal mit 0,85 % NaCl-Lösung durch Zentrifugation bei 6000 U/min für 3 Minuten gewaschen. Die Zellpellets aus jeder Kultur wurden resuspendiert, um eine OD = 0,8 bei 590 nm in 1 ml Kochsalzlösung zu erreichen, was eine Konzentration von 7,5 × 106 KBE/g Boden für BP und 7,4 × 106 KBE/g Boden für BM ergab . In der Zwischenzeit wurden die Protozoen-Zellsuspensionen von Rosculus und Cercomonas mittels Zellzählung in einer Konzentration von 105 Zellen/g Boden hergestellt. Diese Protozoen wurden mit E. coli als Nahrungsquelle kultiviert. In jedem Experiment wurde das Verhältnis zwischen jedem oder beiden Protozoen und Bacillus durch Verdünnung und Zellzählung auf 1:1000 eingestellt, wonach die resultierenden Zellsuspensionen zur Inokulation von Bodenmikrokosmen verwendet wurden. Durch Impfungen erhöhte sich die Bodenfeuchtigkeit in jedem Mikrokosmos von 65 auf 75 % des WHC, die dann durch Auffüllen des Wassers bis zum Ende des Experiments konstant gehalten wurde.

Das Überleben von Bacillus wurde durch 1:10-Serienverdünnung durch Ausplattieren auf TSA-Medium, das Rifampicin (50 µg/ml) und Cycloheximid (400 µg/ml) enthielt, verfolgt. Die Agarplatten wurden 24 Stunden lang für BM und 48 Stunden lang für BP bei 28 °C inkubiert. Die Anzahl der Bacillus-Sporen wurde gezählt, indem die verdünnten Proben 20 Minuten lang auf 80 °C erhitzt und wie oben beschrieben auf TSA mit Rifampicin und Cycloheximid ausplattiert wurden.

Darüber hinaus wurde die Bodenbakterienhäufigkeit auch mittels quantitativer PCR quantifiziert, die auf die variable V4-Region des 16S-rRNA-Gens abzielte (ausführliches Protokoll siehe Zusatzdokument 1).

Die Gesamt-DNA wurde zu jedem Probenahmetermin mit dem DNeasy Powersoil Kit (Qiagen, Hilden, Deutschland) gemäß den Anweisungen des Herstellers aus 0,5 g Boden extrahiert. Die genomische DNA-Konzentration wurde mit dem NanoDrop 2000-Spektrophotometer (Thermo Scientific, USA) quantifiziert und auf 30–90 ng/µl eingestellt. Jede extrahierte DNA-Probe wurde dann zur bakteriellen 16S-rRNA-Gensequenzierung geschickt, die auf die hypervariablen V4-Regionen abzielte (Vorwärtsprimer 16S-515F: 5'-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3'; Rückwärtsprimer 16S-806R: 5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3') und für Protisten 18S-rRNA-Gensequenzierung, die auf die hypervariablen V9-Regionen abzielt (Vorwärtsprimer 18S-1391F: 5'-GTACACACCGCCCGTC-3'; Rückwärtsprimer 18S-EukBr: 5'-TGATCCTTCTGCAGGTTCACCTAC-3'). Die Sequenzierung wurde mit Illumina Miseq 2 × 300 Base Paired-End-Reads (Illumina, San Diego, Kalifornien) am University of Minnesota Genomic Center (UMGC) (Minneapolis, MN, USA) unter Verwendung der dualen Indexierungsmethode durchgeführt (38).

Die Analyse dieser Rohsequenzen wurde dann in Quantitative Insights Into Microbial Ecology (QIIME 2, https://qiime2.org) verarbeitet. Die Adapter und Primersequenzen wurden bereits vom UMGC für jede Probe gemäß ihrem eindeutigen Barcode entfernt und zusammengesetzt. Die geteilten Sequenzen für jede Probe wurden mit DADA2 paarweise zusammengeführt, entrauscht, derepliziert und getrimmt (39). Dieses Tool filtert auch chimäre Sequenzen und entfernt Primersequenzen und Singletons. Für bakterielle 16S-rRNA-Gensequenzen hat DADA2 die Sequenz an den Positionen 254 bp für Vorwärts- und 209/210 bp für Rückwärtslesungen für das BM- bzw. BP-Experiment gekürzt. Für protistische 18S-rRNA-Gensequenzen wurden sie im BM-Experiment von DADA2 an den Positionen 212 bp vorwärts und 187 bp rückwärts gekürzt, während im BP-Experiment die Sequenzen für Vorwärts- bzw. Rückwärtslesungen auf 212 bp bzw. 186 bp gekürzt wurden. Sowohl für Bakterien- als auch für Protistensequenzen wurde der erwartete Fehler für Vorwärts- und Rückwärtsablesungen auf fünf und die minimale Überlappung beim Paired-End-Merging auf 20 Basen festgelegt.

Nach der Verarbeitung in DADA2 wurden die Sequenzen Amplicon Sequence Variants (ASVs) zugeordnet – bereitgestellt in der Merkmalstabelle und den repräsentativen Sequenzen – mit einem Identitätsschwellenwert von 99 %. Repräsentative Sequenzsätze wurden von MAFFT (Version 7) [40] abgeglichen, woraus mit FastTree (Version 2.1) [41] ein phylogenetischer Baum erstellt wurde. Die repräsentativen Sequenzen des bakteriellen 16S-rRNA-Gens wurden mithilfe der Greengenes-Taxonomie über den Ribosomal Database Project-Klassifikator klassifiziert (42). Im Gegensatz dazu wurden die repräsentativen Sequenzen des 18S-rRNA-Gens des Protisten mit Silva (Version 132) abgeglichen [43], beide mit einer Nukleotidsequenzähnlichkeit von 99 %. Der naive Bayes'sche Klassifikator wurde auf der Datenbank Greengenes 13_8 99 % und der Datenbank Silva 18S_99_SILVA132_RL250 unter Verwendung von Vorwärts- und Rückwärtsprimern trainiert, die zur Amplifikation der V4-Region des 16S-rRNA-Gens bzw. der V9-Region des 18S-rRNA-Gens verwendet wurden.

Die Bodenbakterien- und Protistengemeinschaftsstrukturen wurden in R 1.2.5019 mit den Paketen Vegan und Phyloseq analysiert. Die ASVs wurden mithilfe der Funktion phyloseq::rarefy einer Verdünnung unterzogen, um die Auswirkungen der Probenahme zu minimieren. Die Merkmalstabellen wurden für bakterielle 16S-rRNA-Gensequenzen auf 6.236 Sequenzen und 6.106 Sequenzen pro Probe für das BM- bzw. BP-Experiment verfeinert. Für protistische 18S-rRNA-Gensequenzen wurde die Merkmalstabelle im BM-Experiment auf 9690 Sequenzen verdünnt, während in BP die Verdünnung auf 6237 Sequenzen erfolgte.

Wir haben 16S-rRNA-Gensequenzen entfernt, die zu Mitochondrien, Chloroplasten, Archaeen und einem nicht identifizierten Königreich gehören. Bei den 18S-rRNA-Gensequenzen wurden diejenigen entfernt, die zu Pilzen, Pflanzen, Tieren, einem unbekannten Königreich und einem nicht identifizierten Stamm gehören. Um falsch positive eukaryotische Arten weiter zu eliminieren, wurden auch Sequenzen ausgeschlossen, die mit dem Stamm Opisthokonta, der Ordnung metazoa, der Ordnung Charophyta und der Klasse Rhodophyceae verbunden sind.

Das BM-Experiment generierte einen Datensatz mit 8986 ASVs, verteilt auf 43 Proben für 16S-rRNA-Gensequenzen und 14.131 ASVS, verteilt auf 43 Proben für 18S-rRNA-Gensequenzen. Für die mit BP befallenen Mikrokosmen enthielt der Datensatz 15.101 ASVs verteilt auf 70 Proben für 16S-rRNA-Gensequenzen und 28.192 ASVS verteilt auf 74 Proben für 18S-rRNA-Gensequenzen. Diese Daten wurden verwendet, um die Variation in der Struktur von Bodenprotisten und Bakteriengemeinschaften basierend auf dem ungewichteten Unifrac-Abstand zu quantifizieren (44).

Um die Behandlungseffekte zu jedem Zeitpunkt auf die Häufigkeit jedes bakteriellen Impfmittels, der Impfmittelsporen und der gesamten Bodenbakterien zu bewerten, wurden Post-hoc-Analysen nach Kruskal-Wallis und Wilcox für nichtparametrische Daten durchgeführt. Für parametrische Daten wurden ANOVA- und Post-hoc-Tukey-Nemeyi-Tests durchgeführt. Wir visualisierten Behandlungseffekte auf Gemeinschaftsstrukturen mithilfe einer Prinzipkoordinatenanalyse, bei der permutationelle multivariate Varianzanalyse (PERMANOVA) zur Bewertung signifikanter Unterschiede zwischen Behandlungen eingesetzt wurde.

Um den Einfluss des Vorhandenseins von Protozoen auf das Überleben der Bacillus-Impfstoffe zu untersuchen, haben wir deren Häufigkeit (Gesamt- und Sporenpopulationen, log KBE/g Boden) in Bodenmikrokosmen mit oder ohne zugesetzte Protozoen bis zu 44 Tage nach ihrer Freisetzung überwacht ( Abb. 2A). Wir beobachteten unterschiedliche Überlebensmuster für jeden Bacillus-Stamm in Gegenwart und Abwesenheit der Protozoen sowie andere Auswirkungen der Impfmittel auf das Bodenmikrobiom, wie im Folgenden beschrieben.

(A) Überleben von B. mycoides M2E15 in Gegenwart und Abwesenheit von Rosculus terrestris ECOP02 und Cercomonas lenta ECOP01 im Laufe der Zeit. Die Werte stellen den log KBE der Population pro Gramm Boden dar. Balken stellen den Standardfehler des Mittelwerts dar. Die Impfbehandlung wirkt sich auf die Bodenbakterien- (B) und Protistengemeinschaften (C) aus. Die Schwerpunkte für jede Behandlung werden zusammen mit ihren Standardfehlern (Fehlerbalken) angezeigt.

Die Zugabe von Rosculus und Cercomonas zu Systemen, die das BM-Impfungsmittel enthielten, führte zu einem geringeren Überleben des bakteriellen Eindringlings (sowohl für die Gesamt- als auch für die Sporenpopulationen) im Vergleich zur Inokulation mit BM allein am Tag 15 nach der Inokulation (pi) (Gesamtpopulation: Abb. 2A). , t-Test, p < 0,05; Gesamtsporen: Abb. S1, t-Test, p < 0,05).

Darüber hinaus beeinflusste die Zeit die BM-Populationsdynamik erheblich (ANOVA, p(zeit) = 0,008). Die Bakterienpopulationsdichten gingen zunächst schnell zurück, von anfänglich 6,8 log KBE/g Boden auf 4–5 log KBE/g Boden am Tag 3 pi, auf diesem Niveau stabilisierten sie sich (Abb. 2A). Umgekehrt stieg die Größe der BM-Sporenpopulationen bei allen Behandlungen am Tag 3 pi signifikant an, von 0,5 log KBE/g Boden auf etwa 4–5 log KBE/g Boden (Abb. S1a, ANOVA, p(Zeit) = 0,007).

Um die Wirkung des Impfmittels auf die Strukturen der Bodenbakterien und Protistengemeinschaften zu untersuchen, berechneten wir die ungewichteten Unifrac-Abstände (basierend auf Phylogenie) an jedem Probenahmetag über Behandlungen und Kontrolle hinweg (Abb. S2). Bei den während des Experiments gemessenen Bakterien- und Protistan-Gemeinschaftsstrukturen wurde eine hohe Resistenz gegen Invasionseinflüsse beobachtet (Abb. S2a, b). Insbesondere am Tag 15 pi, als das Überleben von BM in Abwesenheit von Protozoen höher war, veränderte das Vorhandensein von Rosculus und Cercomas die Strukturen der Bakterien- (Abb. 2B, PERMANOVA, p = 0,67) und Protistengemeinschaften (Abb . 2C, PERMANOVA, p = 0,50) von denen der (nicht eingedrungenen) Kontrolle entfernt. Am Tag 15 pi verursachte die Invasion von BM jedoch signifikante Veränderungen in der Häufigkeit der Bakteriengemeinschaft (Abb. 3, ANOVA, p < 0,0001). Die Invasion durch BM allein reduzierte die Gesamtbakterienhäufigkeit im Vergleich zur nicht eingedrungenen Kontrolle signifikant von 7,2 log Kopienzahl/g Boden auf 6,5 log Kopienzahl/g Boden (Tukey's post hoc, p < 0,001). Gleichzeitig veränderte das Vorhandensein von Protozoen diese Häufigkeit im Vergleich zur Kontrolle nicht (Tukey's Post-Hoc, p > 0,05).

Die Werte stellen qPCR-Ergebnisse im Protokoll der 16S-rRNA-Genkopien pro Gramm Boden dar. Balken stellen den Standardfehler des Mittelwerts dar.

Bemerkenswerterweise erhöhte die Zugabe von Rosculus und Cercomonas im BP-Experiment die Menge an kultivierbarem BP im Vergleich zur Invasion durch BP + C und BP allein am Tag 20 pi (Abb. 4A, ANOVA, p < 0,01, Tukeys Post-Hoc, S < 0,05). Obwohl die Gesamtpopulationsgröße von BP bei Zugabe von Rosculus höher war als bei BP + C und BP allein, war dies nicht signifikant, da sich herausstellte, dass sie bei allen Behandlungen statistisch ähnlich war (Tukeys post hoc, p > 0,05). Darüber hinaus blieben die BP-Sporenpopulationen während des gesamten Experiments bei allen Behandlungen unter der Nachweisgrenze.

(A) Überleben von Bacillus pumilus ECOB02 in Gegenwart und Abwesenheit von Rosculus terrestris ECOP02 und Cercomonas lenta ECOP01 im Laufe der Zeit. Die Werte stellen den log KBE der Population pro Gramm Boden dar. Balken stellen den Standardfehler des Mittelwerts dar. Die Impfbehandlung wirkt sich auf die Bodenbakterien- (B) und Protistengemeinschaften (C) aus. Die Schwerpunkte für jede Behandlung werden zusammen mit ihren Standardfehlern (Fehlerbalken) angezeigt.

Die Zeit beeinflusste die Populationsgröße von BP erheblich, wobei die Populationen des plattierbaren Impfmittels am Tag 3 pi unter die Nachweisgrenze (1 log KBE/g Boden) fielen (Abb. 4A). Am Tag 20 pi traten jedoch wieder plattierbare BP-Populationen mit etwa 4–5 log KBE/g Boden auf, woraufhin sie am Tag 43 pi bei allen Behandlungen unter die Nachweisgrenze fielen (Abb. 4A). Wir können diesen Befund nicht einfach erklären. Es ist jedoch bekannt, dass eingeführte Zellen Phasen durchlaufen können, in denen sie nicht ohne weiteres Kolonien auf Isolationsplatten bilden, ein Phänomen, das als lebensfähiges, aber nicht kultivierbares Rätsel bezeichnet wird [45].

Die Freisetzung von BP + R + C, BP ​​+ R und BP + C im BP-Experiment hatte erhebliche Auswirkungen auf die Bodenbakterien- und Protistengemeinschaften (Abb. S3a, b). In Bezug auf die Bakteriengemeinschaft veränderte die Invasion die Gemeinschaftsstrukturen am Tag 20 pi (Abb. 4B, PERMANOVA, R2 = 0,33, p = 0,004) und am Tag 43 pi (Abb. S3a, Tag 43, R2 = 0,36, p = 0,028). im Vergleich zur unbesetzten Kontrolle. Am Tag 20 pi, als das Vorhandensein von Rosculus und Cercomonas das Überleben von BP erhöhte, verschoben die Behandlungen mit BP + R + C und BP + R die Strukturen der Bakteriengemeinschaften von denen der nicht befallenen Systeme weg (Abb. 4B, paarweise – Adonis, p < 0,05). Umgekehrt gruppierten sich die Bakteriengemeinschaften in den BP + C- und BP-Behandlungen und unterschieden sich nicht signifikant von denen in den nicht befallenen (paarweise Adonis, p > 0,05). Am Tag 43 pi verschob die BP + C-Behandlung die Struktur der Bakteriengemeinschaft von der nicht befallenen Kontrolle weg (Abb. S3a, Tag 43, paarweise Adonis, p < 0,05). Die taxonomischen Informationen zu den aufgrund dieser Impfungen am stärksten betroffenen Bakteriengemeinschaften finden Sie in der Ergänzungstabelle 1.

In Bezug auf die protistischen Gemeinschaftsstrukturen beobachteten wir signifikante Auswirkungen der Invasion an verschiedenen Tagen, d 0,0008) und Tag 43 pi (Abb. S3b, PERMANOVA, R2 = 0,34, p = 0,002). Insbesondere am Tag 20 pi veränderte die Invasion durch BP + R + C und BP + R die Strukturen der protistischen Gemeinschaft von denen in der nicht eingedrungenen Kontrolle (paarweise Adonis, p < 0,05). In der Zwischenzeit gruppierten sich die protistischen Gemeinschaften, in die BP + C, BP ​​allein und nicht eingedrungene Kontrollen eindrangen (paarweise Adonis, p > 0,05). Am Tag 3 pi (Abb. S3b) veränderte die Invasion durch BP allein die Struktur der protistischen Gemeinschaft weg von der Kontrolle (paarweise Adonis, p <0, 05). Darüber hinaus veränderte die Zugabe von Protozoen zu allen BP-Impfbehandlungen (BP + R + C, BP ​​+ R, BP + C) am Tag 43 pi (Abb. S3b) die Strukturen der protistischen Gemeinschaft weg von der Gemeinschaft, in die nur BP eindrang und die Kontrolle (paarweise Adonis, p < 0,05). Die taxonomischen Informationen zu den aufgrund dieser Impfungen am stärksten betroffenen Protistengemeinschaften finden Sie in der Ergänzungstabelle 2.

Die mikrobielle Invasion im BP-Experiment führte auch zu signifikanten Veränderungen der Gesamtbakterienhäufigkeit am Tag 43 pi (Abb. 5: ANOVA, p < 0,0001). Zu diesem Zeitpunkt verringerte das Vorhandensein von Protozoen (BP + R + C, BP ​​+ R und BP + C) die Gesamtbakterienhäufigkeit im Vergleich zu BP allein und nicht eindringenden Kontrollbehandlungen erheblich (Tukey's Post-Hoc, p < 0,001). Die Gesamtbakterienhäufigkeit war für die BP allein und die Kontrollbehandlungen ähnlich (Tukey's post hoc, p > 0,05).

Die Werte stellen qPCR-Ergebnisse im Protokoll der 16S-rRNA-Genkopien pro Gramm Boden dar. Balken stellen den Standardfehler des Mittelwerts dar.

Das Potenzial von Protisten als Bodenimpfstoffe liegt in ihrer Fähigkeit, die bakterielle Beute, auf die sie im Boden treffen, zu kontrollieren. Eine erhöhte Verfügbarkeit von Nährstoffen, die sich aus der durch diese Protisten induzierten Mikrobenschleife und den von ihnen hervorgerufenen Veränderungen in der Struktur und Zusammensetzung der ansässigen Mikrobiomgemeinschaft ergibt, kann zu einem verbesserten Überleben der eingeführten Bakterien führen. Hier haben wir zwei Protozoenarten mit gemeldeten positiven Aktivitäten für die Pflanzenleistung ausgewählt, nämlich Rosculus und Cercomonas, um ihre Auswirkungen auf die Etablierung und das Überleben der bakteriellen Impfmittel BM und BP zu untersuchen. Darüber hinaus wurde die Auswirkung der Freisetzung von BM und BP in Gegenwart oder Abwesenheit von Protozoen auf die Bodenbakterien- und Protistengemeinschaften bewertet.

Bemerkenswerterweise stellten wir fest, dass die hinzugefügten Rosculus und Cercomonas die Populationsdynamik der bakteriellen Eindringlinge unterschiedlich beeinflussten, dh die Auswirkung hing vom Bacillus-Stamm ab. Im BM-Experiment führte das Fehlen von Protozoen zu einer erhöhten Überlebensrate der Eindringlinge. Im Gegensatz dazu befürworteten Rosculus und Cercomonas die Gründung von BP. Konsequenterweise variierte in früheren Arbeiten der Einfluss von Protozoen-Raubtieren (Cercomonas spp., Naegleria spp., Acanthamoeba sp., Vanella sp.) je nach bakterieller Beute (Pseudomonas spp.), sogar innerhalb derselben Bakteriengattung (46). Glücksman et al. [47] zeigten außerdem, dass selbst eng verwandte und morphologisch ähnliche Protisten unterschiedliche Auswirkungen auf Bodenbakteriengemeinschaften haben könnten. Tatsächlich wurde in mehreren Studien über bevorzugte Ernährungsgewohnheiten von Protisten und ihre artspezifischen Interaktionen berichtet [48, 49]. Unsere Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass Rosculus und Cercomonas die freigesetzten BM-Zellen bis zu einem gewissen Grad jagen können, was die Überlebensrate verringert. Allerdings könnten durch Ressourcenkonkurrenz vermittelte indirekte Effekte (z. B. eine Zunahme räuberresistenter Bakteriengemeinschaften nach der Zugabe von Protozoen, die mit den bakteriellen Impfmitteln konkurrieren) auch das BM-Überleben verringern.

Im Gegensatz dazu wirkte sich die Invasion von BM ohne zugesetzte Protozoen negativ auf die Gesamtzahl der Bodenbakterien aus, was ihr Überleben erleichtern könnte. Dies ist der erste Bericht, in dem die Inokulation von Bacillus die Gesamtzahl der Bodenbakterien verringerte, was darauf hindeutet, dass BM in der Lage war, mit der ansässigen Bodengemeinschaft zu konkurrieren. Dieser Befund ist bemerkenswert, da eingeführte Impfmittel in der Regel der Konkurrenz etablierter und in ihrer Nische etablierter Impfmittel nicht standhalten können, selbst bei gleicher/höherer Impfmitteldichte als in unserer Studie [11, 25, 50]. Es wurde jedoch berichtet, dass ansässige Bakterien, die eine ähnliche Nische wie ein bakterieller Eindringling nutzen, unter der Konkurrenz um Ressourcen mit dem Eindringling leiden können. Daher kann ihre Häufigkeit sinken, was es dem mikrobiellen Eindringling ermöglicht, den Nischenraum auf Kosten des ansässigen Mikrobiom-Nischenbewohners zu erobern [51, 52]. Darüber hinaus ist das in unserer Studie verwendete BM in der Lage, Bacteriocin zu produzieren [27], eine Gruppe antibiotischer Verbindungen, die eine Reihe von Bodenbakterien hemmt [53]. Dies könnte auch der Grund dafür sein, dass BM bei alleiniger Inokulation die Gesamtbakterienhäufigkeit deutlich reduzierte.

Im BP-Experiment begünstigte die Anwesenheit von Rosculus und Cercomonas die Etablierung von BP. Tatsächlich zeigte eine frühere In-vitro-Studie von Oosterkamp und Loznik [28], dass die in dieser Studie verwendeten Protozoenstämme lieber E. coli als B. pumilus und B. amyloliquefaciens jagen. Die potenziellen Mechanismen, die diesen positiven Effekt vorantreiben, könnten auf die Veränderungen zurückzuführen sein, die auf die ansässigen mikrobiellen Gemeinschaften ausgeübt werden, aber auch eine direkte stimulierende Wirkung über die Aktivierung bakterieller defensiver Sekundärmetaboliten könnte möglich sein [23]. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Protozoen bevorzugt die einheimischen Bodenbakterien und nicht die eingeführten Bakterien jagten, was die Struktur der Bakteriengemeinschaft veränderte, indem es die Häufigkeit der räuberempfindlichen Bakterientaxa verringerte. Wenn die empfindlichen Taxa Individuen umfassen würden, deren Stoffwechsel dem des Eindringlings ähnelt (dh die gleichen Ressourcen nutzen), würde ihre Reduzierung den Wettbewerb verringern und möglicherweise die Umgestaltung der Bodengemeinschaft durch Wettbewerb verstärkt haben, wie in [25, 51] gezeigt. Infolgedessen könnten die Veränderungen in der Struktur der Bodenbakteriengemeinschaft indirekt dazu beigetragen haben, die Struktur der Protistengemeinschaft sowie die Struktur und Zusammensetzung ihrer bakteriellen Beute zu verändern. Ein solcher Zusammenhang zwischen bakteriellen und protistischen Gemeinschaftsstrukturen wurde bereits von [29] und [54] berichtet. Ein weiterer möglicher indirekter Effekt könnte mit dem Rückgang der ansässigen protistischen Gemeinschaften zusammenhängen, die nach der Freisetzung der Protozoen Jagd auf das BP machen, was durch Konkurrenz und/oder Antagonismus der Eindringlinge verursacht wird. Darüber hinaus können diese Veränderungen in der Bodenprotistengemeinschaft auch aus der direkten Konkurrenz um Ressourcen zwischen den eingeführten Protozoen und den ansässigen Protisten resultieren.

Eine frühere Studie zeigte, dass die Zugabe von Acanthamoeba castellanii das Überleben des Impfmittels Pseudomonas fluorescens verbesserte [23]. Dies wurde jedoch auf die Produktion sekundärer Metaboliten zurückgeführt, die das Impfmittel vor Raubtieren schützen. Hier deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die selektive Nahrungsaufnahme durch Protozoen die Gesamtbakterienhäufigkeit und die Struktur der ansässigen Gemeinschaften veränderte und das „Gleichgewicht“ zwischen den Populationen, aus denen die Bodenbakteriome bestehen, modulierte. Amacker et al. [39] wiesen darauf hin, dass zukünftige Studien, einschließlich einer detaillierten Analyse der Merkmale der Protisten, ihres Morphotyps und ihrer Taxonomie, unser Verständnis solcher trophischer Interaktionen fördern könnten.

Es wurden offensichtliche Unterschiede zwischen den BM- und BP-Experimenten festgestellt. Im BM-Experiment veränderte die mikrobielle Freisetzung die Struktur der Bakterien- und Protistengemeinschaften nicht. Allerdings löste im BP-Experiment jeder Eindringling signifikante Veränderungen in den getesteten Gemeinschaften aus, obwohl dies vom Zeitpunkt und der Art der untersuchten eingedrungenen Gemeinschaft (Protisten/Bakterien) abhing. Daher hängt die Auswirkung von der Art des Eindringlings und der Wechselwirkung zwischen Protozoen und bakteriellen Impfmitteln ab. Tatsächlich haben Gao et al. [32] zeigten, dass die in dieser Studie verwendeten Amöben Rosculus und Flagellaten Cercomonas unterschiedliche Morphotypen und Volumina aufweisen, was den physikalischen Umfang ihrer Wirkung bestimmt. Die Studie ergab, dass das Zellvolumen der Protisten einen erheblichen Teil der Raubtiereffekte erklären könnte. Eine andere Studie ergab, dass das Zellvolumen von Cercozoan-Arten mit der Raubtieraktivität zusammenhängt [47]. Der makroökologischen Theorie zufolge kann die Körpergröße des Raubtiers als Indikator für die Nahrungsaufnahmekapazität dienen und die Raubtierpräferenz beeinflussen [55, 56]. Darüber hinaus bestimmt die Größe der Protisten ihre Bewegung im Boden, abhängig von der Größe des Bodenporenhalses, was ihre Weideaktivitäten beeinflusst [34, 35]. Es ist auch wichtig zu erwähnen, dass im Freiland die meisten residenten Mikrobiome als Mikrokolonien in ungestörten Böden abgeschirmt sind [57]. Allerdings ist diese Abschirmung in gestörten Systemen, wie in diesem Laborexperiment, möglicherweise recht begrenzt. Daher haben die hinzugefügten Protozoen wahrscheinlich leichter auf ansässige Organismen eingewirkt.

Wir fanden auch heraus, dass die Zugabe von Protozoen und Bakterien eine größere Auswirkung hatte als die Einführung von BP in einen einzelnen Stamm, da letztere die Struktur der protistischen Gemeinschaft nur vorübergehend beeinflusste. Dies kann darauf hindeuten, dass die Co-Inokulation das Ausmaß der Störung und den Selektionsdruck erhöht. Eine frühere Studie legte nahe, dass das Ausmaß und die Häufigkeit einer Störung Schlüsselaspekte sind, die die Auswirkungen bestimmen [58]. Darüber hinaus haben Wang et al. [59] fanden heraus, dass die Co-Inokulation einen anderen Effekt auf einheimische Bodengemeinschaften hatte als die Einzelstamm-Inokulation, insbesondere auf das Pflanzenwachstum und die Nährstoffmobilisierung im Boden.

Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse, dass die Top-Down-Kontrolle durch Protisten durch selektive Raubtiere zur Steuerung des Bodenmikrobioms genutzt werden kann, um den Erfolg der Bakterienfreisetzung in den Boden zu verbessern. Wir zeigen jedoch, dass ein positiver Effekt der hinzugefügten Protozoen auf das Überleben des bakteriellen Impfmittels manchmal durch die bevorzugte Fütterung dieser Protozoen an die ankommenden Bakterien gefährdet werden kann. Da die Auswirkungen von den Protozoenarten abhängig waren, ist eine systematische Charakterisierung ihrer funktionellen Merkmale, ihres ökologischen Verhaltens (z. B. ihrer Bewegungsmöglichkeiten im Boden) und der Nahrungspräferenzen der Protozoen erforderlich, um die Folgen ihrer Raubtiere auf die Art besser vorhersagen zu können Bodenmikrobiom und eingeführte Bakterien.

Rohsequenzen wurden an das NCBI Sequence Read Archive (SRA) übermittelt und sind unter der BioProject-ID PRJNA830501 verfügbar.

Ray DK, Mueller ND, West PC, Foley JA. Die Ertragstrends reichen nicht aus, um die globale Pflanzenproduktion bis 2050 zu verdoppeln. PLoS ONE. 2013;8:1–8.

Artikel Google Scholar

Abteilung für wirtschaftliche und soziale Angelegenheiten der Vereinten Nationen. Weltbevölkerungsaussichten: die Revision 2017. 2017. https://www.un.org/development/desa/publications/world-population-prospects-the-2017-revision.html.

Pe'er G, Dicks LV, Visconti P, Arlettaz R, Baldi A, Benton TG, et al. Die EU-Agrarreform scheitert an der Artenvielfalt. Wissenschaft. Rev. 2014;344:1090–2.

Artikel PubMed Google Scholar

Jack CN, Petipas RH, Cheeke TE, Rowland JL, Friesen ML. Mikrobielle Impfstoffe: Wunderwaffe oder mikrobieller Jurassic Park? Trends Mikrobiol. 2020;29:299–308.

Artikel PubMed CAS Google Scholar

Saad M, Eida A, Hirt H. Maßgeschneiderte pflanzenassoziierte mikrobielle Impfmittel in der Landwirtschaft: ein Fahrplan für eine erfolgreiche Anwendung. J Exp Bot. 2020;71:3878–901.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Liu X, le Roux X, Salles JF. Das Erbe mikrobieller Impfmittel in Agrarökosystemen und das Potenzial zur Bewältigung der Herausforderungen des Klimawandels. iScience. 2022;25:103821.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bounaffaa M, Florio A, le Roux X, Jayet PA. Wirtschaftliche und ökologische Analyse der Maiseinimpfung durch pflanzenwachstumsfördernde Rhizobakterien in der französischen Region Rhône-Alpes. Ecol Econ. 2018;146:334–46.

Artikel Google Scholar

Bashan Y, de-Bashan LE, Prabhu SR, Hernandez JP. Fortschritte in der pflanzenwachstumsfördernden bakteriellen Impftechnologie: Formulierungen und praktische Perspektiven (1998–2013). Pflanzenerde. 2014;378:1–33.

Artikel CAS Google Scholar

Mallon C, van Elsas J, Salles J. Mikrobielle Invasionen: Prozess, Muster und Mechanismen. Trends Mikrobiol. 2015;23:719–29.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Mawarda PC, le Roux X, van Elsas JD, Salles JF. Absichtliche Einführung unsichtbarer Eindringlinge: eine kritische Bewertung der Auswirkungen mikrobieller Impfmittel auf mikrobielle Gemeinschaften im Boden. Soil Biol Biochem.2020;148:1–13.

Artikel CAS Google Scholar

Mallon C, Poly F, le Roux X, Marring I, van Elsas J, Salles J. Ressourcenimpulse können die Beziehung zwischen Biodiversität und Invasion in Bodenmikrobengemeinschaften lindern. Ökologie. 2015;96:915–26.

Artikel PubMed Google Scholar

Xing J, Jia X, Wang H, Ma B, Salles JF, Xu J. Das Erbe bakterieller Invasionen auf einheimische Bodengemeinschaften. Umwelt Mikrobiol. 2020;23:1–13.

Google Scholar

Eisenhauer N, Schulz W, Scheu S, Jousset A. Nischendimensionalität verbindet Biodiversität und Invasibilität mikrobieller Gemeinschaften. Funktion Ecol. 2013;27:282–8.

Artikel Google Scholar

Geisen S, Mitchell EAD, Adl S, Bonkowski M, Dunthorn M, Ekelund F, et al. Bodenprotisten: eine fruchtbare Grenze in der bodenbiologischen Forschung. FEMS Microbiol Rev. 2018;43:293–323.

Artikel CAS Google Scholar

Gao Z, Karlsson I, Geisen S, Kowalchuk G, Jousset A. Protisten: Puppenspieler des Rhizosphären-Mikrobioms. Trends Pflanzenwissenschaft. 2019;24:165–76.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Sherr BF, Sherr EB, Berman T. Beweidung, Wachstum und Ammoniumausscheidungsraten eines heterotrophen Mikroflagellaten, der mit vier Bakterienarten gefüttert wurde. Appl Environ Microbiol. 1983;45:1196–201.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Koller R, Rodriguez A, Robin C, Scheu S, Bonkowski M. Protozoen verbessern die Nahrungseffizienz arbuskulärer Mykorrhizapilze nach mineralischem Stickstoff aus organischem Material im Boden zum Nutzen der Wirtspflanzen. Neues Phytol. 2013;199:203–11.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Geisen S, Koller R, Hünninghaus M, Dumack K, Urich T, Bonkowski M. Das Bodennahrungsnetz erneut aufgegriffen: vielfältige und weit verbreitete mykophage Bodenprotisten. Bodenbiol Biochem. 2016;94:10–18.

Artikel CAS Google Scholar

Long JJ, Jahn CE, Sánchez-Hidalgo A, Wheat W, Jackson M, Gonzalez-Juarrero M, et al. Wechselwirkungen frei lebender Amöben mit den Reisbakterienpathogenen Xanthomonas oryzae pathovars oryzae und oryzicola. Plus eins. 2018;13:e0202941.

Artikel PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Iavicoli A, Boutet E, Buchala A, Métraux JP. Induzierte systemische Resistenz bei Arabidopsis thaliana als Reaktion auf die Wurzelimpfung mit Pseudomonas fluorescens CHA0. Mol-Pflanzen-Mikroben-Interaktion. 2003;16:851–8.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Jousset A, Rochat L, Scheu S, Bonkowski M, Keel C. Die chemische Kriegsführung zwischen Raubtieren und Beutetieren bestimmt die Expression von Biokontrollgenen durch Rhizosphären-assoziierte Pseudomonas fluorescens. Appl Environ Microbiol. 2010;76:5263–8.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Berney C, Romac S, Mahé F, Santini S, Siano R, Bass D. Vampire in den Ozeanen: räuberische Cercozoen-Amöben in Meereslebensräumen. ISME J. 2013;7:2387–99.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Jousset A, Scheu S, Bonkowski M. Die Produktion von Sekundärmetaboliten erleichtert die Etablierung von Rhizobakterien, indem sie sowohl die Prädation durch Protozoen als auch die Konkurrenzeffekte einheimischer Bakterien reduziert. Funktion Ecol. 2008;22:714–9.

Artikel Google Scholar

Jousset A, Lara E, Wall LG, Valverde C. Sekundäre Metaboliten helfen bei der biologischen Kontrolle des Stamms Pseudomonas fluorescens CHA0, um der Beweidung durch Protozoen zu entkommen. Appl Environ Microbiol. 2006;72:7083–90.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Mallon CA, le Roux X, van Doorn GS, Dini-Andreote F, Poly F, Salles JF. Die Auswirkung eines Scheiterns: Erfolglose bakterielle Invasionen lenken die mikrobielle Gemeinschaft des Bodens von der Nische des Eindringlings ab. ISME J. 2018;12:728–41.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Mawarda PC, Lakke SL, Dirk van Elsas J, Salles JF. Zeitliche Dynamik der Bodenbakteriengemeinschaft nach der Bacillus-Invasion. iScience. 2022;25:1–17.

Artikel Google Scholar

Yi Y, de Jong A, Spoelder J, Theo J, van Elsas JD, Kuipers OP. Entwurf einer Genomsequenz von Bacillus mycoides M2E15, einem Stamm, der aus der Endosphäre von Kartoffeln isoliert wurde. Genom-Ankündigung. 2016;4:e00031.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Loznik B, Oosterkamp PJ. Dünger bestehend aus Protozoen und Bakterien. Weltorganisation für geistiges Eigentum; 2017. https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=WO2017105238.

Guo S, Xiong W, Hang X, Gao Z, Jiao Z, Liu H, et al. Protisten als Hauptindikatoren und Determinanten der Pflanzenleistung. Mikrobiom. 2021;9:1–11.

Artikel CAS Google Scholar

Bargabus RL, Zidack NK, Sherwood JE, Jacobsen BJ. Charakterisierung der systemischen Resistenz in Zuckerrüben, die durch ein nicht pathogenes, die Phyllosphäre besiedelndes biologisches Bekämpfungsmittel Bacillus mycoides hervorgerufen wird. Physiol Mol Pflanzenpathol. 2002;61:289–98.

Artikel CAS Google Scholar

Neher OT, Johnston MR, Zidack NK, Jacobsen BJ. Bewertung des Bacillus mycoides-Isolats BmJ und des B. mojavensis-Isolats 203-7 zur Bekämpfung von Anthracnose bei Kürbisgewächsen, verursacht durch Glomerella cingulata var. orbiculare. Biokontrolle. 2009;48:140–6.

Artikel Google Scholar

Gao Z. Bodenprotisten: von Merkmalen zu ökologischen Funktionen. Universität Utrecht; 2020. https://dspace.library.uu.nl/handle/1874/400054.

Amacker N, Gao Z, Hu J, Jousset ALC, Kowalchuk GA, Geisen S. Die Ernährungsmuster und Wachstumsraten der Protisten hängen mit ihren räuberischen Auswirkungen auf Bodenbakteriengemeinschaften zusammen. FEMS Microbiol Ecol. 2022;98:1–11.

Artikel Google Scholar

Wright DA, Killham K, Glover LA, Prosser JI. Rolle der Lage der Porengröße bei der Bestimmung der Bakterienaktivität während der Prädation durch Protozoen im Boden. Appl Environ Microbiol. 1995;61:3537–43.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wright D, Killham K, Glover L, Biota JP-SS. Die Auswirkung der Lage im Boden auf die Beweidung eines gentechnisch veränderten Bakterieninokulums durch Protozoen. In: Brussaard L, Kooistra MJ, Herausgeber. Beziehungen zwischen Bodenstruktur und Bodenbiota. Amsterdam: Elsevier; 1993, S. 633–40.

Kapitel Google Scholar

Thewes S, Soldati T, Eichinger L. Editorial: Amöben als Wirtsmodelle zur Untersuchung der Interaktion mit Krankheitserregern. Front Cell Infect Microbiol. 2019;9:47.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Kuppardt A, Fester T, Härtig C, Chatzinotas A. Rhizosphären-Protisten verändern Metabolitenprofile in Zea mays. Vordere Mikrobiol. 2018;9:857.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Gohl DM, Vangay P, Garbe J, MacLean A, Hauge A, Becker A, et al. Systematische Verbesserung der Amplikon-Markergen-Methoden für eine höhere Genauigkeit bei Mikrobiomstudien. Nat Biotechnol. 2016;34:942–9.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Callahan BJ, McMurdie PJ, Rosen MJ, Han AW, Johnson AJA, Holmes SP. DADA2: hochauflösende Probeninferenz aus Illumina-Amplikondaten. Nat-Methoden. 2016;13:581–3.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Katoh K, Standley DM. MAFFT Multiple Sequence Alignment-Software Version 7: Verbesserungen bei Leistung und Benutzerfreundlichkeit. Mol Biol Evol. 2013;30:772–80.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Price MN, Dehal PS, Arkin AP. FastTree 2 – Bäume mit ungefähr maximaler Wahrscheinlichkeit für große Ausrichtungen. Plus eins. 2010;5:e9490.

Artikel PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Wang Q, Garrity GM, Tiedje JM, Cole JR. Naiver Bayesianischer Klassifikator zur schnellen Zuordnung von rRNA-Sequenzen in die neue Bakterientaxonomie. Appl Environ Microbiol. 2007;73:5261–7.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Quast C, Pruesse E, Yilmaz P, Gerken J, Schweer T, Yarza P, et al. Das SILVA-Ribosomal-RNA-Gendatenbankprojekt: verbesserte Datenverarbeitung und webbasierte Tools. Nukleinsäuren Res. 2013;41:D590–6.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Lozupone C, Knight R. UniFrac: eine neue phylogenetische Methode zum Vergleich mikrobieller Gemeinschaften. Appl Environ Microbiol. 2005;71:8228–35.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ritz K. Die Plattendebatte: Kultivierbare Gemeinschaften haben in der heutigen mikrobiellen Umweltökologie keinen Nutzen. FEMS Microbiol Ecol. 2007;60:358–62.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Amacker N, Gao Z, Agaras BC, Latz E, Kowalchuk GA, Valverde CF, et al. Biokontrollmerkmale korrelieren mit der Resistenz gegenüber Raubtieren durch Protisten in Bodenpseudomonaden. Vordere Mikrobiol. 2020;11:3164.

Artikel Google Scholar

Glücksman E, Bell T, Griffiths RI, Bass D. Eng verwandte Protistenstämme haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Beweidung natürlicher Bakteriengemeinschaften. Umwelt Mikrobiol. 2010;12:3105–13.

Artikel PubMed Google Scholar

Saleem M, Fetzer I, Dormann CF, Harms H, Chatzinotas A. Der Reichtum an Raubtieren erhöht die Auswirkung der Beutevielfalt auf den Beuteertrag. Nat Commun. 2012;3:1–7.

Artikel CAS Google Scholar

Hünninghaus M, Koller R, Kramer S, Marhan S, Kandeler E, Bonkowski M. Veränderungen in der Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaft und der Bodenatmung weisen auf eine schnelle Abfolge protistischer Grasfresser während der Mineralisierung von Maisernterückständen hin. Pädobiologie. 2017;62:1–8.

Artikel Google Scholar

van Elsas J, Chiurazzi M, Mallon C, Elhottova D, Krištůfek V, Salles J. Die mikrobielle Vielfalt bestimmt die Invasion eines bakteriellen Krankheitserregers in den Boden. Proc Natl Acad Sci USA 2012;109:1159–64.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Horňák K, Corno G. Jede Münze hat eine Rückseite: Die Invasion von Limnohabitans planktonicus fördert die Erhaltung der Artenvielfalt in Bakteriengemeinschaften. Plus eins. 2012;7:e51576.

Artikel PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Gómez P, Paterson S, de Meester L, Liu X, Lenzi L, Sharma MD, et al. Die lokale Anpassung eines Bakteriums ist für die Strukturierung einer natürlichen mikrobiellen Gemeinschaft ebenso wichtig wie seine Präsenz. Nat Commun. 2016;7:1–8.

Artikel Google Scholar

Heilbronner S, Krismer B, Brötz-Oesterhelt H, Peschel A. Die mikrobiomgestaltenden Rollen von Bakteriozinen. Nat Rev Microbiol. 2021;19:726–39.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Xiong W, Li R, Guo S, Karlsson I, Jiao Z, Xun W, et al. Mikrobielle Veränderungen verändern protistische Gemeinschaften innerhalb des Bodenmikrobioms. Bodenbiol Biochem. 2019;135:379–82.

Artikel CAS Google Scholar

Schneider FD, Scheu S, Brose U. Einschränkungen der Körpermasse bei der Fütterungsrate bestimmen die Folgen des Raubtierverlusts. Ecol Lett. 2012;15:436–43.

Artikel PubMed Google Scholar

Brose U, Archambault P, Barnes AD, Bersier LF, Boy T, Canning-Clode J, et al. Raubtiermerkmale bestimmen die Nahrungsnetzarchitektur in allen Ökosystemen. Nat Ecol Evol. 2019;3:919–27.

Artikel PubMed Google Scholar

van Elsas JD, Trevors JT, Jansson JK, Nannipieri P, Herausgeber. Moderne Bodenmikrobiologie. 3. Aufl. Boca Raton: CRC Press; 2019.

Berga M, Székely AJ, Langenheder S. Auswirkungen der Störungsintensität und -häufigkeit auf die Zusammensetzung und Funktion der Bakteriengemeinschaft. Plus eins. 2012;7:e365969.

Artikel CAS Google Scholar

Wang Z, Chen Z, Kowalchuk GA, Xu Z, Fu X, Kuramae EE. Nachfolge der ansässigen Bodenmikrobengemeinschaft als Reaktion auf regelmäßige Impfungen. Appl Environ Microbiol. 2021;87:e00046.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

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Wir danken EcoStyle für die Bereitstellung von B. pumilus ECOB02, Rosculus terrestris ECOP02, Cercomonas lenta ECOP01, Jan Spoelder und HLB für die Bereitstellung von B. mycoides M2E15. PCM wurde vom Indonesia Endowment Fund for Education (LPDP, Kementerian Keuangan, Republik Indonesien) unterstützt. XLR und JFS wurden durch das IMMINENT-Projekt unterstützt, das von der französischen Agence Nationale pour la Recherche ANR finanziert wurde (Projekt ANR-20-CE02-0014-01). JFS und JDvE wurden vom ERA-NET Cofund SusCrop-Projekt PotatoMETAbiome (Grant-Nr. 771134) finanziert, vom EU-Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 und NWO unterstützt und sind Teil der Joint Programming Initiative on Agriculture, Food Security and Climate Change (FACCE). JPI).

Microbial Community Ecology Cluster, Expertise Group GREEN, Groningen Institute of Evolutionary Life Sciences (GELIFES), Universität Groningen, Nijenborgh 7, 9747 AG, Groningen, Niederlande

Panji Cahya Mawarda, Jan Dirk van Elsas und Joana Falcão Salles

Forschungszentrum für Umwelt und saubere Technologie, Nationale Forschungs- und Innovationsagentur der Republik Indonesien (BRIN), LIPI Bandung Complex, Jalan Sangkuriang Gedung 50, Bandung, 40135, Indonesien

Banner des Lichts Mawarda

Labor für mikrobielle Ökologie, INRAE, CNRS, Universität Lyon, Universität Lyon 1, UMR INRAE 1418, UMR CNRS 5557, 43 Boulevard du 11 Novembre 1918, 69622, Villeurbanne, Frankreich

Xavier Le Roux

Plant-Microbe Interactions Group, Abteilung Biologie, Fakultät für Naturwissenschaften, Universität Utrecht, Padualaan 8, 3584 CH, Utrecht, Niederlande

Melissa Uribe Acosta

Pollution Diagnostics and Control Group (GDCON), Biologieinstitut, Universitätsforschungscampus (SIU), Universität Antioquia (UdeA), Calle 70 Nr. 52-21, Medellín, Kolumbien

Melissa Uribe Acosta

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PCM konzipierte als Hauptautor die Forschungsfragen, konzipierte das Experiment, führte das Experiment durch und analysierte die Daten. MUA half bei den Experimenten und der Analyse der Daten. XLR, JFS und JDvE halfen bei der Analyse der Daten. Alle Autoren diskutierten die Ergebnisse. PCM und XLR haben das Manuskript geschrieben, XLR, JFS und JDvE haben es mit Beiträgen aller Autoren fertiggestellt.

Korrespondenz mit Panji Cahya Mawarda oder Joana Falcão Salles.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Mawarda, PC, Le Roux, X., Acosta, MU et al. Der Einfluss der Zugabe von Protozoen auf die Überlebensfähigkeit von Bacillus-Impfmitteln und die Dynamik des Bodenmikrobioms. ISME COMMUN. 2, 82 (2022). https://doi.org/10.1038/s43705-022-00166-9

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Eingegangen: 05. Juli 2022

Überarbeitet: 15. August 2022

Angenommen: 22. August 2022

Veröffentlicht: 05. September 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s43705-022-00166-9

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