（1）初步设计：构建了30个菌群，分为两种类型：高度相关菌群（HR，成员亲缘关系很近） 和 中度相关菌群（MR，成员亲缘关系稍远）。结果：MR（中度相关）菌群的效果反而更好！它们在促进植物生长、根系定殖、产生生长素（IAA）和铁载体（帮助植物吸收铁）等方面，都优于HR菌群。扩大验证：将规模扩大到300个菌群，结果再次确认：在MR（中度相关）菌群中，成员越多（丰富度越高），促生效果也越好

摘要

（1）Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) represent a sustainable method to improve crop productivity. 促进植物生长的根际细菌(PGPR)代表了一种提高作物生产力的可持续方法。  

（2）Synthetic microbial consortia have emerged as a powerful tool for engineering rhizosphere microbiomes. 合成微生物群落已成为工程根际微生物的有力工具。

（3） However, designing functionally stable consortia remains challenging due to an insufficient understanding of bacterial social interactions. 然而，由于对细菌社会相互作用的理解不足，设计功能稳定的菌群仍然具有挑战性。  

（4）In this study, we investigated the effects of Bacillus velezensis SQR9 (i.e., a commercially important PGPR) on social interactions within the rhizosphere community, particularly among Bacillus species 在这项研究中，我们研究了芽孢杆菌SQR9(即一种商业上重要的PGPR)对根际群落中社会相互作用的影响，特别是芽孢杆菌属物种之间的影响 . 

（5）SQR9 inoculation significantly enhanced cucumber plant growth and altered the structure of rhizosphere Bacillus and its related bacterial communities. 接种SQR9显著促进黄瓜植株生长，并改变根际芽孢杆菌及其相关细菌群落的结构。

（6） The results of swarm boundary and carbon utilization assays, revealed that phylogenetically closer Bacillus strains exhibited increased social cooperation and increased metabolic niche overlap. 群体边界和碳利用分析的结果显示，系统发育更接近的芽孢杆菌菌株表现出增加的社会合作和增加的代谢生态位重叠。

（7）Building on these social interactions, we designed 30 consortia comprising both highly related (HR) and moderately related (MR) types across four richness levels (1, 2, 3, and 4 strains), with MR consortia demonstrating superior PGP effects through enhanced plant growth, root colonization, indole-3-acetic acid production, and siderophore production, than the HR consortia. 在这些社会相互作用的基础上，我们设计了30个群体，包括高度相关(HR)和中度相关(MR)类型，跨越四个丰富度水平(1、2、3和4个菌株)，MR群体通过增强植物生长、根定殖、吲哚-3-乙酸生产和嗜铁素生产表现出优于HR群体的PGP效应。  

（8）Expanding these findings to 300 consortia across four richness levels (1, 2, 4, and 8 strains) confirmed enhanced PGP effects in MR consortia with increasing richness. 将这些发现扩展到300个跨4个丰富度水平(1、2、4和8个菌株)的群体，证实了随着丰富度的增加，MR群体的PGP效应增强。 

（9）These findings highlight the importance of bacterial interactions and phylogenetic relationships in shaping rhizosphere communities and designing synthetic microbial consortia. Specifically, this study provides a framework for assembling Bacillus consortia that enhance cooperation, which would aid in improving their stability and effectiveness in agricultural applications. 这些发现强调了细菌相互作用和系统发育关系在形成根际群落和设计合成微生物群落中的重要性。具体来说，这项研究提供了一个框架，用于组装芽孢杆菌聚生体，增强合作，这将有助于提高它们在农业应用中的稳定性和有效性。

（10） Result

土壤处理（A）→ 样品采集与测序（B）→ 菌株分离与功能/互作分析（C） 基于规律设计合成菌群（D）扩大验证（E）

（11）B.velezensis SQR9 alters the bacterial community in cucumber rhizosphere B.velezensis SQR9改变黄瓜根际细菌群落

图A：16S测序的α多样性 结论：各处理间无显著差异，说明SQR9接种不改变整体细菌多样性

图B：gyrA测序的α多样性 结论：SS_SQR9（灭菌土+SQR9）多样性最高，说明SQR9帮助重建了更丰富的芽孢杆菌群落

图C：16S测序的β多样性（NMDS）。各处理没有明显分离，说明SQR9对总细菌群落结构影响不大

图D：gyrA测序的β多样性（NMDS）SS_SQR9和NS_SQR9聚在一起，说明SQR9接种使芽孢杆菌群落趋同

图E：不接种SQR9的gyrA共现网络  图F：接种SQR9的gyrA共现网络。结论：网络形成两个紧密模块（Module 1和2），SQR9（节点A）成为网络中心

（12） B. velezensis SQR9 inoculation enhances the compatibility and cooperative behavior of Bacillus communities in the rhizosphere B.接种velezensis SQR9增强了根际芽孢杆菌群落的相容性和合作行为

图A：群体边界实验的三种结果 黑色箭头（融合）：两株菌相遇后混合在一起 → 合作；灰色箭头（中间型）：有隐约可见的界线 → 中等；白色箭头（强边界）：两株菌之间有一条清晰的分界线 → 竞争/排斥

图B：两种处理下“社交行为”的比例。SS（未接种SQR9）：边界（竞争）比例高。SS_SQR9（接种SQR9）：融合（合作）比例显著增加。结论：SQR9改变了整个芽孢杆菌群落的社交模式，从竞争转向合作

C图（SS）：未接种SQR9时，菌株的系统发育关系。D图（SS_SQR9）：接种SQR9后，菌株的系统发育关系

图E和F：社交网络图；组内（同色虚线内）融合（绿线）多，组间（不同色之间）边界（红线）多。结论：亲缘近的合作，亲缘远的竞争

F图（SS_SQR9）：组间也出现了大量融合（绿线）。结论：SQR9的加入打破了“组间竞争”的格局，促进了跨群体的合作

（13） Construction of MR consortia to promote plant growth 构建MR联合体促进植物生长

图A：碳源利用模式的PCA分析。分析30株芽孢杆菌的碳源利用偏好（代谢生态位）蓝色：用于构建HR菌群的菌株（SQR9, 5, 35, 73）→ 聚在一起，说明它们代谢生态位重叠度高。红色：用于构建MR菌群的菌株（SQR9, 2, 37, 43）→ 分布较分散，说明代谢生态位互补

图B：HR菌群的丰富度效应

组成：SQR9 + 5 + 35 + 73（亲缘关系近）测试指标：根定殖、IAA产量、铁载体产量，结果：随着丰富度增加（1→4株），三个指标无显著提升（回归线平缓）。结论：HR菌群成员越多，功能并不增强（可能因为资源竞争）

图C：MR菌群的丰富度效应，组成：SQR9 + 2 + 37 + 43（亲缘关系中等），测试指标：根定殖、IAA产量、铁载体产量，结果：随着丰富度增加（1→4株），三个指标显著提升（回归线陡峭，R²高） 结论：MR菌群成员越多，功能越强（因为代谢互补、合作增强）

图D：MR菌群对黄瓜生长的实际促生效果，验证：在自然土壤中测试MR菌群（1、2、4株）对黄瓜生长的促进效果。指标：株高、地上部干重。结果：随着丰富度增加（1→2→4），株高和干重都显著增加。4株菌的菌群（MR4）效果最好。结论：MR菌群的促生效果与丰富度正相关

（14） Validation of consortia design strategy through enhanced richness and combinatorial variations 通过增强的丰富性和组合变化验证联盟设计策略

图A：MR菌群（大规模验证）。测试规模：150个菌群组合，丰富度从1到8株；测试指标：根定殖、IAA产量、铁载体产量；结果：随着丰富度增加，三个指标都显著提升（回归线上升，R²较高）；结论：MR菌群“人多力量大”，成员越多功能越强

图B：HR菌群（大规模验证）测试规模：150个菌群组合，丰富度从1到8株，测试指标：根定殖、IAA产量、铁载体产量，结果：随着丰富度增加，三个指标无明显提升（回归线平缓）。结论：HR菌群增加成员不能增强功能（因为资源竞争）

图C：核心机制与设计策略示意图。左侧——自然现象：SQR9接种后，改变了根际芽孢杆菌群落的社交模式从“竞争/排斥”转向“合作/兼容”，最终促进植物生长

右侧——应用策略：

HR菌群（亲缘关系近）：代谢重叠 → 资源竞争 → 功能不叠加。

MR菌群（亲缘关系中等）：代谢互补 → 合作增强 → 功能叠加。结论：MR菌群优于HR菌群

Synthetic microbial consortia have emerged as a powerful tool for engineering rhizosphere microbiomes