JoVE Logo

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يتم تقديم إجراء سريع وموحد لإنشاء مجتمعات الأغشية الحيوية متعددة الأنواع التآزرية من مختلف أنواع تربة الجذور هنا. إنه بروتوكول فريد مصمم لسبر ومحاكاة ميكروبيوتا التربة الجذرية المعقدة.

Abstract

الأغشية الحيوية متعددة الأنواع هي نمط حياة طبيعي ومهيمن للبكتيريا في الطبيعة ، بما في ذلك في تربة الجذور ، على الرغم من أن الفهم الحالي لها محدود. هنا ، نقدم نهجا لإنشاء مجتمعات بيوفيلم تآزرية متعددة الأنواع بسرعة. الخطوة الأولى هي استخراج الخلايا من تربة الجذور باستخدام طريقة الطرد المركزي التفاضلي. بعد ذلك ، يتم تلقيح خلايا التربة هذه في وسط الاستزراع لتشكيل غشاء حيوي حبيبي. بعد 36 ساعة من الحضانة ، يتم تحديد التركيب البكتيري للغشاء الحيوي والمحلول الموجود تحته باستخدام طريقة تسلسل amplicon الجيني 16S rRNA. وفي الوقت نفسه ، يتم إجراء عزل بكتيري عالي الإنتاجية من الغشاء الحيوي للحبيبات باستخدام طريقة التخفيف الحد. بعد ذلك ، يتم اختيار أفضل 5 أصناف بكتيرية بأعلى وفرة في بيانات تسلسل amplicon الجيني 16S rRNA (عينات الأغشية الحيوية الحبيبية) لاستخدامها مرة أخرى في بناء مجتمعات الأغشية الحيوية متعددة الأنواع. تم إنشاء جميع مجموعات الأصناف البكتيرية ال 5 بسرعة باستخدام صفيحة من 24 بئرا ، تم اختيارها لأقوى قدرة على تكوين الأغشية الحيوية بواسطة مقايسة تلطيخ البنفسج البلوري ، وتم تحديدها كميا بواسطة qPCR. وأخيرا، تم الحصول على أقوى تجمعات الأغشية الحيوية البكتيرية متعددة الأنواع الاصطناعية من خلال الطرق المذكورة أعلاه. توفر هذه المنهجية إرشادات إعلامية لإجراء البحوث حول الأغشية الحيوية متعددة الأنواع في الجذور وتحديد المجتمعات التمثيلية لدراسة المبادئ التي تحكم التفاعلات بين هذه الأنواع.

Introduction

تمثل الأغشية الحيوية مجتمعات ميكروبية معقدة إما مثبتة على الأسطح أو مرتبطة بواجهات بينية. هناك اعتراف واسع النطاق بأن غالبية البكتيريا التي تصادف في بيئات مختلفة ، مثل الموائل الطبيعية والبيئات السريرية والسياقات الصناعية ، تدوم داخل مجتمعات الأغشية الحيوية1. في التربة ، يشكل الريزوسفير - الذي يشمل سطح الجذر والمنطقة المجاورة له التي يبلغ سمكها 2 مم - مكانة بيئية مع توافر المغذيات المتزايدة. طورت بكتيريا معينة استراتيجيات لاستغلال هذا المكان المناسب ، وتعزيز انتشار الميكروبات وتعزيز تكوين مجتمعات الأغشية الحيوية في الجذور2.

تعتبر ميكروبات الجذور "الجينوم الثاني" للنباتات3. تشارك الكائنات الحية الدقيقة المعززة لنمو النبات (PGPM) في التعايش المتبادل مع النباتات ، مما يوفر وظائف كبيرة لتعزيز النمو والمكافحة الحيوية4. من ناحية ، يمكن ل PGPM توفير العناصر الغذائية لجذور النباتات ، وتعزيز امتصاص المغذيات ، والدفاع ضد مسببات الأمراض ، وتحلل الملوثات في تربة الجذور5. من ناحية أخرى ، يستخدم PGPM إفرازات جذور النبات كمصدر غذائي للنمو والتطور ، وبالتالي التأثير على تربة الجذور ونظام الجذر من خلال عملية التمثيل الغذائي الخاصة بهم. تجدر الإشارة إلى أن الشرط الأساسي لجميع هذه الوظائف هو الاستعمار الفعال ل PGPM في جذور النبات ، وتشكيل الأغشية الحيويةالمستقرة 6.

يؤثر الأغشية الحيوية للجذمور على عملية تجميع ميكروبات الريزوسفير ، وترتبط الخصائص الزمنية والمكانية لتجميع ميكروب الجذور ارتباطا وثيقا بتفاعل الأغشية الحيويةمتعددة الأنواع 7. إنه بمثابة محور لتفاعلات الميكروبيوم النباتي ، مما يوفر مكانا مستقرا ويمكن التحكم فيه للتفاعل بفعالية. لذلك ، تعد دراسة الأغشية الحيوية للجذور اتجاها مهما لاكتساب نظرة ثاقبة للتفاعل بين النباتات والميكروبات.

ومع ذلك ، لا يوجد حاليا سوى القليل من الأبحاث حول الأغشية الحيوية متعددة الأنواع في الجذور. التعقيد العالي لتكوين الميكروبيوم يجعل من الصعب الإجابة على الأسئلة البيئية الأساسية المحيطة بالمجتمعات الميكروبية الطبيعية8. في عملية التجارب ، يجب مراعاة العديد من الظروف ، مثل نوع التربة ونوع النبات والعدد الكبير من المجتمعات الميكروبية. هناك عوامل مختلفة تحد من البحث في الأغشية الحيوية متعددة الأنواع في الجذور.

لمزيد من التحقيق في مجتمعات الأغشية الحيوية متعددة الأنواع من تربة الجذور ، مثل التفاعلات التآزرية بين الأنواع أو التغذية المتقاطعة للمستقلب8 ، من المستحسن بناء مجتمع ميكروبي اصطناعي مبسط وتمثيلي ومستقر وقابل للتتبع في ظل ظروف المختبر 9,10. هنا ، يجمع بروتوكول موحد بين العديد من أحدث التقنيات الميكروبيولوجية والمعلوماتية الحيوية.

Protocol

ينطبق هذا البروتوكول بشكل عام على ميكروبيوتا التربة الجذرية من النباتات المختلفة. هنا ، يتم استخدام الخيار كمثال. تفاصيل الكواشف والمعدات المستخدمة للدراسة مدرجة في جدول المواد.

1. العزلة البكتيرية

  1. عزل التربة الجذرية
    1. ثقافة الخيار
      1. تطهير بذور الخيار مع 75 ٪ من الإيثانول و 2 ٪ من محلول هيبوكلوريت الصوديوم (NaClO) ، ثم شطفها في الماء المعقم11.
      2. تنبت البذور في ظل ظروف معقمة واختيار تلك التي تصل إلى المرحلة المكونة من ورقتين12. بعد ذلك ، قم بزرع شتلات الخيار المنبثقة باستمرار في أواني تحتوي على 2 كجم من التربة السوداء.
        ملاحظة: يتم استخدام نوعين من التربة السوداء من مواقع مختلفة في شمال شرق الصين لتقليل الأخطاء المنهجية.
    2. إعداد تعليق التربة
      1. تحضير المخزن المؤقت PBS-S باستخدام التركيبة: 6.33 جم من NaH2PO4 · H2O ، 16.5 جم من Na2HPO4 · 7H2O ، 200 ميكرولتر من Silwet L-77 ، و 1 لتر ماء مقطر.
      2. عندما تصل الشتلات إلى المرحلة12 المكونة من أربع أوراق ، اقلب الوعاء واعزل الجذور مع تربة جذرية بسمك 2 مم باستخدام قفازات معقمة.
      3. ضع الجذور في 30 مل من المخزن المؤقت PBS-S في أنبوب طرد مركزي سعة 50 مل. بعد الهز لمدة 20 دقيقة ، قم بتصفية التعليق من خلال مرشح خلية نايلون 100 ميكرومتر لإزالة الجذور والرواسب الكبيرة.
      4. انقل المرشح إلى أنبوب طرد مركزي آخر سعة 50 مل ، وطرده مركزيا عند 3200 × جم لمدة 15 دقيقة في درجة حرارة الغرفة ، وقم بتخزينه مؤقتا عند 4 درجات مئوية.
  2. استخراج الخلايا البكتيرية في التربة الجذرية.
    ملاحظة: تعتمد هذه المنهجية طريقة الطرد المركزي التفاضلي13 ، على الرغم من أن طريقة الطرد المركزي المتدرج الكثافةNycodenz 14 تنطبق أيضا على هذه الخطوة.
    1. قم بتخفيف تعليق التربة بمحلول 0.2٪ Na4P2O7 إلى 500 مل وأجهزة طرد مركزي عند 1000 × جم لمدة 10 دقائق لفصل الكائنات الحية في البداية عن التربة.
    2. أعد تجانس الراسب ، وطرده بنفس السرعة المنخفضة لمدة 60 ثانية ، وكرر العملية ثلاث مرات. اجمع بين المواد الطافية ، وطردها مركزيا عند 12000 × جم لمدة 20 دقيقة ، ثم تخلص من المادة الطافية.
    3. إعادة تعليق الراسب في 50 مل من المخزن المؤقت PBS-S ، مما يشكل تعليق الخلايا البكتيرية في التربة الجذرية.

2. تسلسل وتحديد ميكروبيوتا الأغشية الحيوية للجذمور

  1. الإعداد الإعلامي
    ملاحظة: مرق الصويا التربتيك (TSB) ووسائط الغلوتامات الغليسيرول الضئيلة (MSgg) متوفرة تجاريا. الصيغ الواردة أدناه هي للإشارة فقط.
    1. تحضير وسط مكتب تقييس الاتصالات باستخدام الصيغة التالية: 15 ميكروغرام/مل تريبتون، 5 ميكروغرام/مل ببتون الصويا، 5 ميكروغرام/مل كلوريد الصوديوم، الرقم الهيدروجيني = 7.
    2. تحضير وسط MSgg باستخدام الصيغة التالية: 5 mM KH2PO4 ، 100 mM 3- (N-morpholino) حمض البروبان السلفونيك (MOPS) ، 2 mM MgCl2 ، 700 μM CaCl2 ، 50 μM MnCl2 ، 50 μM FeCl3 ، 1 μM ZnCl2 ، 2 μM الثيامين ، 0.5٪ الجلسرين ، 0.5٪ الغلوتامات ، 50 ميكروغرام / مل التربتوفان ، 50 ميكروغرام / مل فينيل ألانين ، الرقم الهيدروجيني = 7.
    3. لإعداد وسائط TSB-MSgg، امزج وسائط TSB مع وسائط MSgg بنسبة 1:1 (v/v)15.
  2. زراعة الأغشية الحيوية الحبيبية
    1. احتضان معلق الخلية في وسط TSB عند 30 درجة مئوية طوال الليل (عادة 12 ساعة) لتنشيط البكتيريا.
    2. ضع مرشحات خلايا النايلون 100 ميكرومتر على ألواح 24 بئرا. احتضان البكتيريا في وسائط TSB وإعداد ثلاث تكرارات. استزرع الغشاء الحيوي الحبيبي لمدة 36 ساعة عند 30 درجة مئوية.
      ملاحظة: إذا لم يكن الغشاء الحيوي الحبيبي من الخطوة الأخيرة مزروعا جيدا، فإن الوسط TSB-MSgg هو بديل فعال لوسط مكتب تقييس الاتصالات.
    3. قم بإزالة المرشح الذي يحتوي على الغشاء الحيوي الحبيبي. أضف 2 مل من المخزن المؤقت PBS-S إلى لوحة خلية جديدة مكونة من 24 بئرا ، ضع مرشح 24 بئرا فيه لغسل الغشاء الحيوي ، وإزالة الخلايا الحرة. كرر عملية الغسيل ثلاث مرات.
  3. استخراج الحمض النووي للغشاء الحيوي الحبيبي
    1. استخرج جينوم الأغشية الحيوية باستخدام مجموعة الحمض النووي باتباع تعليمات الشركة المصنعة.
  4. تسلسل عالي الإنتاجية
    ملاحظة: يمكن لشركات التكنولوجيا الحيوية المساعدة في إكمال تجارب التسلسل لمعظم المختبرات. إذا كانت هناك حاجة إلى التركيب الميكروبي في المحلول المتبقي ، فقم بتسلسله في هذه الخطوة. تختلف خطوة التسلسل حسب الأدوات. يرجى اتباع تعليمات الشركة المصنعة. الخطوة 2.4.1 هي للإشارة فقط.
    1. تضخيم مناطق V3-V4 لجين 16S rRNA بناء على قاعدة البيانات ذات تسلسلات جينات 16S rRNA كاملة الطول. إنشاء أنواع OTUs وفقا للحد الأدنى لعدد التسلسلات لكل عينة16. تجميع شروح تصنيف الأنواع والحصول على تركيبات المجتمعات من كل عينة.
    2. بناء على بيانات التسلسل ، حدد السلالات الخمس الأولى من حيث وفرتها النسبية.
  5. عزل وثقافة بكتيرية عالية الإنتاجية
    ملاحظة: تم تصميم هذه الخطوة وفقا لأحدث منهجية ميكروبيولوجية ومعلوماتية حيوية17. تتوفر طريقة اللوحة المطلية بالتخفيف للعزل البكتيري هنا ، على الرغم من أنها تستغرق وقتا أطول وأقل استهدافا مقارنة بالتقنيات عالية الإنتاجية.
    1. خلط الأغشية الحيوية المزروعة. استخدم التخفيف المحدد لضمان عدم ظهور نمو البكتيريا في أكثر من 30٪ من الآبار في اللوحة المكونة من 24 بئرا.
      ملاحظة: لتحديد التخفيف الأنسب، قم بإجراء تجارب أولية باستخدام مجموعة واسعة من معدلات التخفيف. يجب ألا يحتوي التخفيف الأمثل على أكثر من اثنين من البكتيريا القابلة للزراعة لكل ملليلتر ، مما يمثل الحضانة البكتيرية في أقل من 30 ٪ من الآبار.
    2. تضخيم جين 16S rRNA للبكتيريا أثناء إضافة ملصقات للآبار والألواح وتسلسلها باستخدام منصة Illumina عالية الإنتاجية17.
    3. إجراء تحليلات المعلوماتية الحيوية باستخدام البرمجيات المتاحة تجاريا للحصول على معلومات النقاء وتصنيف الأنواع لكل مستزرع.
    4. قم بزراعة البكتيريا النقية الخمسة الأولى الوفيرة عن طريق زراعة الخط المستمر واستخدم الجلسرين للحفاظ على البكتيريا عند -80 درجة مئوية.

3. بناء المجتمعات الميكروبية الاصطناعية

  1. إعادة بناء ثقافة الأغشية الحيوية الرقيقة
    ملاحظة: لمزيد من التفاصيل، يرجى الرجوع إلى Ren et al.18. تتوافق السلالات الخمس مع 31 تركيبة اصطناعية ، بما في ذلك 5 أنواع مفردة ، و 10 أنواع ، و 10 أنواع ثلاثية ، و 5 أربعة أنواع ، و 1 اتحادات من خمسة أنواع.
    1. احتضان السلالات ال 5 في وسط مكتب تقييس الاتصالات حتى يصل OD600 إلى 1 لتنشيطها.
    2. قم بإعداد العديد من الألواح ذات 24 بئرا باستخدام وسيط TSB وضع مرشحات خلايا نايلون 100 ميكرومتر عليها.
      ملاحظة: إذا لم يكن الغشاء الحيوي من الخطوة الأخيرة مستزرعا جيدا، فإن وسيط TSB-MSgg هو بديل فعال لوسط مكتب تقييس الاتصالات.
    3. احتضان 31 مجموعة من المجتمعات الاصطناعية في الوسط. تأكد من أن عدد تلقيح البكتيريا ثابت في كل بئر. قم بإعداد ثلاثة تكرارات لكل مجموعة.
    4. زراعة الأغشية الحيوية عند 30 درجة مئوية لمدة 36 ساعة.
  2. القياس الكمي للغشاء الحيوي الحبيبي
    1. اتبع نفس الإجراء كما في الخطوة 2.2.3.
    2. انقل الغشاء الحيوي إلى صفيحة جديدة مكونة من 24 بئرا تحتوي على 180 ميكرولتر من محلول الكريستال البنفسجي وقم بتلطيخها لمدة 20 دقيقة.
    3. انقل العينة الملطخة إلى صفيحة أخرى مكونة من 24 بئرا تحتوي على 200 ميكرولتر من الإيثانول بنسبة 96٪ ، وقم بإزالتها لمدة 30 دقيقة ، وقم بقياس OD590.

4. تحديد عدد خلايا الكريات

ملاحظة: لتحديد نسبة كل نوع وعدد الخلايا في الحبيبات والمحلول المتبقي ، من الضروري إجراء تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي. لمزيد من التفاصيل ، راجع Sun et al.16.

  1. تصميم مواد أولية خاصة بالسلالة للمجتمعات الميكروبية الاصطناعية المختارة.
  2. استخدم Roary لإجراء مقارنات الجينوم ومعرفة جينات النسخة المفردة الخاصة بالسلالة لكل عزلة. تأكد من أن البادئات تستهدف هذه الجينات.
  3. Ligase الشظايا المضخمة إلى بلازميدات PMD19T. قم بإنشاء منحنيات قياسية باستخدام البلازميدات التي تحتوي على الأجزاء المقابلة كقوالب.
  4. اتبع نفس الخطوات المذكورة في الخطوة 2.2.
  5. تحضير مكونات التفاعل على النحو التالي: 7.2 ميكرولتر من H2O ، 10 ميكرولتر من 2x qPCR Master mix ، 0.4 ميكرولتر من 10 ميكرومتر من كل برايمر ، و 2 ميكرولتر قالب DNA.
  6. قم بإجراء تفاعل البوليميراز المتسلسل باستخدام أداة تفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الفعلي في ظل الظروف التالية: 95 درجة مئوية لمدة 10 دقائق ، و 40 دورة من 95 درجة مئوية لمدة 30 ثانية ، و 60 درجة مئوية لمدة 45 ثانية ، متبوعة بقطعة منحنى ذوبان قياسية.
  7. أداء ستة مكررات بيولوجية لكل علاج.

النتائج

باتباع الإجراء المذكور ، لوحظت تدرجات كبيرة في قدرة تكوين الأغشية الحيوية من ميكروبيوتا التربة في جذور الخيار (الشكل 1). أكد تسلسل amplicon الأغشية الحيوية الأنواع الموجودة في الحبيبات (الشكل 2). استنادا إلى رسم الخرائط الحرارية لبيانات التسلسل ، تم اختيار الأن?...

Discussion

وفقا للبروتوكول ، يتم بناء سلسلة من مجتمعات الأغشية الحيوية الاصطناعية القوية متعددة الأنواع على أساس الكائنات الحية الدقيقة في تربة الجذور من نباتات مختلفة. باستخدام تقنيات تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي ، يتم فك تشفير تكوين كل مجتمع بوضوح. تشير الكتلة الحيوية للأغشية الحيوية إلى قو?...

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للكشف عنه.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل ماليا من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (42307173 و 42107328) والبرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي (2022YFD1500202 و 2022YFF1001800). صمم P.W، Z.X الدراسة. قام كل من P.W و B.X و Z.C و JX و NZ بتحليل البيانات وإنشاء الأرقام. كتب P.W المسودة الأولى للمخطوطة. قام كل من Z.X. و R.Z. و Q.S. بمراجعة المخطوطة.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
0.2 % Na4P2O7 solutionSinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd.20041418Used to dilute the soil suspension.
100 μm Nylon Cell FilterSangon Biotech (Shanghai) Co.,Ltd.F613463-0001Used to filter culture solution and separate pellicle biofilm.
2% NaClO solutionSinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd.L03336903Used to sterilize the seeds.
24-well PlateMerck & Co., Inc.PSRP010Used for micobial cultivation and pellicle biofilm separation.
3-(N-morpholino) propane sulfonic acid (MOPS)Bioolook Scientific Research Special2360010Used to prepare MSgg media.
50 mL Centrifuge TubeBeijing Su-bio Biotech Co., Ltd.62.547.254Properly-sized centrifuge tubes for our protocol.
75% C2H5OH solutionSinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd.801769680Used to sterilize the seeds.
Acinetobacter baumannii XL-1Nanjing Agricultural UniversityN/AStrains isolated from rhizosphere soil.
Bacillus velezensis SQR9Nanjing Agricultural UniversityN/AStrains isolated from rhizosphere soil.
Bacteria DNA KitNanjing Dinsi Biotechnology Co.,Ltd.D3350020000K04U021Used to extract bacterial DNA.
Black Soil INanjing Agricultural UniversityN/ABlack soil from Jilin Province.
Black Soil IINanjing Agricultural UniversityN/ABlack soil from Heilongjiang Province.
Burkholderia cenocepacia XL-2Nanjing Agricultural UniversityN/AStrains isolated from rhizosphere soil.
CaCl2Xilong Scientific Co.,Ltd.10035048Used to prepare MSgg media.
CentrifugeSangon Biotech (Shanghai) Co.,Ltd.G508009-0001High-speed centrifuge.
ChamQ SYBR qPCR Master MixVazyme Biotech Co.,Ltd.Q311-02Used for DNA amplification in qPCR.
Clean BenchSuzhou Antai Airtech Co., Ltd.NB026143Used for aseptic operation.
Constant Temperature IncubatorShangHai CIMO Medical Instrument Co.,LtdGNP-9080BS-figure-materials-2598Used for microbial cultivation.
Cristal Violet DyeSangon Biotech (Shanghai) Co.,Ltd.A600331Used for pellicle biofilm staining and quantifivation.
Cucumber SeedNanjing Agricultural UniversityN/A"Jinchun I" cucumber seed.
Culturome v 1.0The Institute of Genetics and Developmental Biology of the Chinese Academy of SciencesN/AUsed for high-throughput rhizosphere soil bacterial cultivation and identification
FeCl3Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd10011918Used to prepare MSgg media.
FridgeHefei Midea Refrigerator Co.,Ltd.BCD-556WKPM(Q)Used for strain preservation.
GlutamateBioolook Scientific Research Special2180020Used to prepare MSgg media.
GlycerolSinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd10010618Used to prepare MSgg media.
Hydroponic Planting BasketYulv Furniture Store6526262626Used for cucumber hydroponics.
KH2PO4Xilong Scientific Co.,Ltd.10017618Used to prepare MSgg media.
MgCl2Xilong Scientific Co.,Ltd.7791186Used to prepare MSgg media.
MnCl2Xilong Scientific Co.,Ltd.10400101Used to prepare MSgg media.
Msgg MediumShanghai Bioesn Biotechnology Co.,Ltd.BES20791KBPellicle biofilm culture medium.
Na2HPO4·7H2OMerck & Co., Inc.S9390-100GUsed to prepare TSB media.
NaCIChinasun Specialty Products co., Ltd.HS0416Used to prepare TSB media.
NaH2PO4·H2OMerck & Co., Inc.S9638-25GUsed to prepare TSB media.
PBS-S BufferSangon Biotech (Shanghai) Co.,Ltd.E607008-0001Basic buffer for living tissues.
PhenylalanineRYONRT3486L005Used to prepare MSgg media.
PipetteBeijing Labgic Technology Co.,Ltd.BS-1000-TUsed for strain inoculation.
PMD19T PlasmidTakara Biomedical Technology (Beijing) Co.,Ltd.D102AUsed to generate qPCR standard curves.
PotSinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd.YHHWS2401Used for cucumber soil culture.
Primer for qPCRSangon Biotech (Shanghai) Co.,Ltd.N/AUsed for DNA amplification in qPCR.
Real-Time PCR InstrumentThermo Fisher Scientific (China) Co.,Ltd.4484073Used to perform qPCR on selected pellicle biofilm.
RoaryThe Wellcome Trust SangerInstituteN/AUsed to design primers of qPCR
ShakerShanghai Zhichu Instrument Co.,LtdZQTY-50SUsed for solution mixing and microbial cultivation.
Silwet L-77Cytiva Bio-technology(Hangzhou) Co., Ltd.SL77080596Used to prepare TSB media.
Soy peptoneQingdao Hi-tech Industrial Park Hope Bio-technology Co., LtdHB8275Used to prepare TSB media.
SpectrophotometerShanghai Yidian Analysis Instrument Co.,Ltd.76713100010Used for pellicle biofilm cristal violet quantifivation.
Sterile WaterSinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd.SW150302Used to wash the pellicle biofilm.
Sterilized Nitrile GlovesBeijing Labgic Technology Co.,Ltd.223016852LLZAUsed for basic experimental operations.
Template DNASangon Biotech (Shanghai) Co.,Ltd.N/AUsed for DNA amplification in qPCR.
ThiamineBioolook Scientific Research Special2180020Used to prepare MSgg media.
TryptoneThermo Fisher ScientificLP0042BUsed to prepare TSB media.
TryptophanBioolook Scientific Research Special2190020Used to prepare MSgg media.
TSB MediumGuangdong Huankai Microbial Sci. & Tech. Co.,Ltd.024048Broad-spectrum bacterial medium.
TSB-Msgg MeidiumNanjing Agricultural UniversityN/AMixed medium for pellicle biofilm culture with wider applicability.
ZnCl2Nanjing Chemical Reagent Co.,LtdC0310520123Used to prepare MSgg media.

References

  1. Davey, M. E., O'Toole, G. A. Microbial biofilms: from ecology to molecular genetics. Microbiol Mol Biol Rev. 64 (4), 847-867 (2000).
  2. Campbell, R., Greaves, M. P., Lynch, J. Anatomy and community structure of the rhizosphere. Rhizosphere. , 11-34 (1990).
  3. Berendsen, R. L., Pieterse, C. M., Bakker, P. A. The rhizosphere microbiome and plant health. Trends Plant Sci. 17 (8), 478-486 (2012).
  4. Lugtenberg, B., Kamilova, F. D. Plant-growth-promoting rhizobacteria. Annu Rev Microbiol. 63, 541-556 (2009).
  5. Compant, S., Clément, C., Sessitsch, A. Plant growth-promoting bacteria in the rhizo- and endosphere of plants: Their role, colonization, mechanisms involved and prospects for utilization. Soil Biol Biochem. 42, 669-678 (2010).
  6. Bais, H. P., Fall, R. R., Vivanco, J. M. Biocontrol of Bacillus subtilis against infection of Arabidopsis roots by Pseudomonas syringae is facilitated by biofilm formation and surfactin production. Plant Physiol. 134 (1), 307-319 (2004).
  7. Trivedi, P., Leach, J. E., Tringe, S. G., Sa, T., Singh, B. K. Plant-microbiome interactions: From community assembly to plant health. Nat Rev Microbiol. 18, 607-621 (2020).
  8. Sun, X., et al. Bacillus velezensis stimulates resident rhizosphere Pseudomonas stutzeri for plant health through metabolic interactions. ISME J. 16, 774-787 (2021).
  9. Pandhal, J., Noirel, J. Synthetic microbial ecosystems for biotechnology. Biotechnol Lett. 36, 1141-1151 (2014).
  10. Grosskopf, T., Soyer, O. S. Synthetic microbial communities. Curr Opin Microbiol. 18, 72-77 (2014).
  11. Lundberg, D. S., et al. Defining the core Arabidopsis thaliana. root microbiome. Nature. 488, 86-90 (2012).
  12. Bai, Y., et al. Functional overlap of the Arabidopsis leaf and root microbiota. Nature. 528, 364-369 (2015).
  13. Bakken, L. R. Separation and purification of bacteria from soil. Appl Environ Microbiol. 49 (6), 1482-1487 (1985).
  14. Yang, O., et al. Direct cell extraction from fresh and stored soil samples: Impact on microbial viability and community compositions. Soil Biol Biochem. 155, 108178 (2021).
  15. Ren, D., et al. High-throughput screening of multispecies biofilm formation and quantitative PCR-based assessment of individual species proportions, useful for exploring interspecific bacterial interactions. Microb Ecol. 68, 146-154 (2013).
  16. Sun, X., et al. Metabolic interactions affect the biomass of synthetic bacterial biofilm communities. mSystems. 8, e01045-e01123 (2023).
  17. Zhang, J., et al. High-throughput cultivation and identification of bacteria from the plant root microbiota. Nat Protoc. 16, 988-1012 (2021).
  18. Ren, D., Madsen, J. S., Sørensen, S. J., Burnolle, M. High prevalence of biofilm synergy among bacterial soil isolates in cocultures indicates bacterial interspecific cooperation. ISME J. 9, 81-89 (2015).
  19. Liu, Y., et al. Root colonization by beneficial rhizobacteria. FEMS Microbiol Rev. 48 (1), 066 (2024).
  20. Palková, Z. Multicellular microorganisms: Laboratory versus nature. EMBO Rep. 5, 470-476 (2004).
  21. Xu, Z., et al. Chemical communication in plant-microbe beneficial interactions: a toolbox for precise management of beneficial microbes. Curr Opin Microbiol. 72, 102269 (2023).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

JoVE 207 RRNA 16S QPCR

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved