（1）通过一套系统选择方案（强调微生物组效应的可遗传性、传播保真度和多代稳定性），成功培育出了能增强模式禾本科植物二穗短柄草耐盐（钠）和耐铝胁迫的根系微生物群落。

（2）通过16S rRNA扩增子测序分析微生物群落组成和共生网络模式。通过共生网络分析，识别出在耐盐过程中起关键作用的细菌物种。

（3）耐盐微生物组：使叶片钠含量降低约50%，说明其通过减少钠离子积累来增强耐盐性。耐铝微生物组：未改变叶片营养元素浓度，表明其耐铝机制可能不同（例如通过根系隔离或调节植物生理反应）。

Background

（1）Microbiome breeding through host-mediated selection is a technique to artificially select for microbiomes conferring beneficial properties to plants 通过宿主介导的选择进行微生物组育种是一种人工选择赋予植物有益特性的微生物组的技术 .

（2）Using a systematic selection protocol that maximises the heritability of microbiome effects, transmission fidelity, and microbiome stability through multiple selection cycles, we previously developed root-associated microbial communities conferring sodium and aluminium tolerance to Brachypodium distachyon, a model for cereal crops. 使用系统选择方案，通过多次选择循环最大化微生物组效应的遗传性、传输保真度和微生物组稳定性，我们先前开发了赋予Brachypodium distachyon钠和铝耐受性的根相关微生物群落，Brachypodium distachyon是谷类作物的模型。 

（3）Here, we explore the physiological mechanisms underlying our selected microbiomes’ effect on plant fitness and analyse how our selection protocol shaped the composition and structure of these microbiomes. 在这里，我们探索了我们选择的微生物组对植物适应性影响的生理机制，并分析了我们的选择方案如何塑造这些微生物组的组成和结构。 We analysed the effects of our selected microbiomes on plant fitness and tissue-nutrient concentration, then used 16S rRNA amplicon sequencing to examine microbial community composition and co-occurrence network patterns. 我们分析了我们选择的微生物组对植物适应性和组织营养浓度的影响，然后使用16S rRNA扩增子测序来检查微生物群落组成和共生网络模式。

（4）Our sodium-selected microbiomes reduced leaf sodium concentration by~50%, whereas the aluminium-selected microbiomes had no effect on leaf-tissue nutrient concentration, suggesting different mechanisms underlying the microbiome-mediated stress tolerance. 我们的钠选择微生物组将叶片钠浓度降低了约50%，而铝选择微生物组对叶片组织营养浓度没有影响，这表明微生物组介导的胁迫耐受性的不同机制。  

（5）By testing the selected microbiomes in a cross-fostering experiment, we show that our artificially selected microbiomes attained (a) ecological robustness contributing to transplantability (i.e. inheritance) of microbiome-encoded effects between plants; and (b) network features identifying key bacteria promoting salt-stress tolerance. 通过在交叉培养实验中测试选择的微生物组，我们表明我们人工选择的微生物组获得了(a)生态稳健性，有助于微生物组编码的效应在植物之间的可移植性(即遗传性);和(b)鉴定促进盐胁迫耐受性的关键细菌的网络特征。

（6）Combined, these findings elucidate critical mechanisms underlying host-mediated artificial selection as a framework to breed microbiomes with targeted benefits for plants under salt stresses, with significant implications for sustainable agriculture. 结合起来，这些发现阐明了宿主介导的人工选择作为一个框架的关键机制，以培育对盐胁迫下的植物有针对性益处的微生物组，这对可持续农业具有重要意义。

这是一个用于微生物组育种的人工选择方案示意图。步骤 0：初始设定，操作：将一批遗传背景一致的“非进化”种子种植在无菌土壤中。接种：使用一个高度多样化的初始微生物组进行接种。这个初始菌群来自：实验室温室中生长的二穗短柄草（Brachypodium distachyon，一种模式禾本科植物）的根系细菌。步骤 1：生长与互作，操作：让植物和其附着的微生物组共同生长成熟，相互作用约28天。步骤 2：植物表型筛选，根据植物的大小进行表型评估。在每个选择谱系（由8株植物组成）中，筛选出两株最大的植物。在盐/铝胁迫下，生长得更大的植物被认为是拥有更“有益”或“抗逆”的根系微生物组。步骤 3 和 4：微生物组收集与处理，将选中的植物的根系浸入提取缓冲液中，温和振荡，使附着在根上的微生物和有机物质释放到溶液中。对溶液进行过滤，以去除土壤颗粒和体积较大的生物体（如真菌孢子、原生动物等）。步骤 5 和 6：微生物组移植与新一轮循环，移植：将处理过的细菌微生物组分接种到新一批同样“非进化”的幼苗上。施加压力：这些新幼苗种植在相同的生长基质中，但会接受更高浓度的铝或硫酸钠胁迫。

这是对第九轮选择周期进行的一个关键验证实验，旨在探究经过九轮人工选择后，不同类型微生物组或溶液对植物适应性的具体影响。 a. 实验设计详解 (第九轮接种实验)，本实验使用与之前选择周期相同的植物种子，在铝或钠胁迫下生长约10周。实验设置了五组不同的处理。铝选微生物组：经过9轮铝胁迫选择、并用2微米过滤器处理的微生物组（保留细菌）。目的：测试“铝选”细菌群落对植物的效果。钠选微生物组：经过9轮钠胁迫选择、并用2微米过滤器处理的微生物组（保留细菌）。目的：测试“钠选”细菌群落对植物的效果。双重过滤溶质，铝选溶质：将铝选微生物组先后通过2微米和0.2微米过滤器，去除所有活细菌细胞。任何效应可能来自根系分泌物、代谢物或能通过0.2微米滤膜的病毒等。（浅蓝色）。目的：检验植物适应性的提升是否必须依赖于活细菌，还是仅由细菌分泌的化学物质（或极小的病毒）即可实现。休耕土壤微生物组：从经历了相同九轮盐分递增胁迫、但从未种过植物的休耕土壤中收集的细菌微生物组。（黄色）目的：作为关键的对照，检验“选择压力本身”是否足以催生有益菌群，还是必须通过“植物-微生物”互作才能筛选出有益菌。无接种对照：不接种任何微生物或溶液。（灰色）通用性测试：将铝选和钠选的细菌微生物组（2微米过滤）分别接种到处于铝胁迫和钠胁迫下的植物上。这可以测试这些微生物组的抗逆功能是“专一性的”还是“广谱性的”。专一性测试：双重过滤的溶质（无活菌）只在其对应的胁迫下进行测试。b. 实验结果：不同接种处理对植物适应性的影响，衡量指标：植物适应性以种子总重量来表示。这是衡量植物繁殖成功和最终健康度的关键指标。

探究了经过九轮人工选择后的微生物组如何影响植物体内的关键胁迫离子（铝Al、钠Na）浓度，以及这些离子浓度与植物繁殖适应性之间的直接关系。a. 实验结果：不同接种处理对叶片铝和钠浓度的影响。实验设计：与上一张图一致，在铝胁迫或钠胁迫下，对植物接种五种不同的处理（活菌铝选/钠选微生物组、双重过滤溶质、休耕土微生物组、无接种对照）。b. 植物适应性与叶片离子浓度的相关性分析。目标：建立植物适应性（种子总重量） 与叶片铝/钠浓度之间的量化关系，从而判断离子浓度是否直接决定了植物的最终表现。

（7）Result

（8）Selected microbiomes affect plant tissue-nutrient composition differently 选定的微生物群不同地影响植物组织营养成分

（9）Microbiome breeding generates stress-specific bacterial communities robust to perturbation 微生物群繁殖产生对扰动具有鲁棒性的胁迫特异性细菌群落

这张图是研究中最核心的微生物生态学分析结果，它揭示了经过九轮人工选择后，微生物群落结构和组成的变化。a. 全部样本主坐标分析。b. 筛选微生物组的主坐标分析。目标：聚焦分析经人工选择的微生物组，探究其结构受何种因素驱动。移除空心点（对照），仅分析实心点。c. 沿PCo1轴的密度分布，量化展示选择历史与当前胁迫对群落结构影响的相对强度。将图b中所有样本在PCo1轴上的位置绘制成概率密度曲线。蓝色轮廓（铝选历史）的曲线与红色轮廓（钠选历史）的曲线峰值位置完全分离。这定量证实了选择历史是群落分异的主要驱动力。曲线填充色（当前胁迫）影响甚微：同一轮廓曲线内，灰色填充（经历“非匹配”胁迫，如铝选微生物组处于钠胁迫）与其同色填充（经历“匹配”胁迫）的分布高度重叠。这直观地表明，短期当前胁迫对已定型群落结构的改变很小。d. 群落组成的离散度，目标：比较两类筛选微生物组内部结构的稳定性或可塑性。：计算每个处理组内样本与其组中心（质心）的平均距离，该距离越大，表示组内变异越大。钠选微生物组的变异性更高：红色条柱（钠选历史）显著高于蓝色条柱（铝选历史）。这意味着，在钠胁迫下筛选出的微生物组，其具体组成在不同样本间差异更大，可能具有更高的功能冗余性或情境依赖性。而铝选微生物组则表现出更强的组成一致性和稳定性。e. 差异丰度物种分析，识别在铝选和钠选微生物组中丰度显著不同的具体细菌分类单元。展示被鉴定为在两个选择历史间有差异丰度的ASVs。大圆点表示该ASV在每个胁迫处理中的中位相对丰度，小点云表示所有样本中的丰度分布。

（10） Microbiome breeding shapes microbial co-occurrence network structure and topology 微生物群繁殖塑造了微生物共生网络的结构和拓扑

这张图深入到了微生物群落的网络互作层面，揭示了经过人工选择后，微生物组内部生态关系的根本性重塑。这是理解“功能微生物组”如何作为一个整体系统运行的关键。a. 系统发育关系。目标：为网络分析中出现的细菌提供一个分类学和进化背景。此面板是后续网络图的“图例”，用于快速识别网络节点（b）中细菌的高阶分类学归属。不同颜色（纲）在网络中的分布模式可以揭示选择压力是否偏爱特定类群的微生物。b. 微生物共生网络【上行：铝胁迫，下行：钠胁迫，列：代表植物接种的微生物组类型。第一列：null，第二列：铝选微生物组，第三列：钠选微生物组】。c. z-P 图（枢纽识别）基于网络的拓扑结构，定量识别不同类型的关键物种（枢纽）。z分数：衡量一个节点在其所属模块内部的连接程度。模块内枢纽的z值高。P分数：衡量一个节点与其他模块的连接程度。连接器枢纽的P值高。d. Venn 图（ASV组成差异）人工选择极大地替换和引入了参与构建生态网络的关键细菌物种。这些新引入的、独特的ASVs正是赋予微生物组新功能（耐盐/耐铝）的关键候选功能菌。

Microbiome breeding through host-mediated selection is a technique to artificially select for microbiomes conferring beneficial properties to plants 通过宿主介导的选择进行微生物组育种是一种人工选择赋予植物有益特性的微生物组的技术 .

Using a systematic selection protocol that maximises the heritability of microbiome effects, transmission fidelity, and microbiome stability through multiple selection cycles, we previously developed root-associated microbial communities conferring sodium and aluminium tolerance to Brachypodium distachyon, a model for cereal crops. 使用系统选择方案，通过多次选择循环最大化微生物组效应的遗传性、传输保真度和微生物组稳定性，我们先前开发了赋予Brachypodium distachyon钠和铝耐受性的根相关微生物群落，Brachypodium distachyon是谷类作物的模型。