《Plant Methods》：Live-exudation assisted phytobiome culturomics system (LEAP-CS): a high-throughput culturomics system for studying plant-microbiome interactions through diffusible metabolites
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为解决植物与微生物组在物理隔离下动态化学交换难以捕获的难题，研究人员开发了膜分离共培养系统LEAP-CS。研究证实该系统支持~146个ASVs的中等复杂度微生物群落，揭示了根际与非根际微生物在促生表型及代谢物源-汇转移上的差异，为高通量表型筛选及信号分子鉴定提供了新工具。
在植物与土壤微生物的“地下交易”中，根系分泌物（Root exudates）扮演着关键货币角色。这些可扩散的代谢物（Diffusible metabolites）构建了一个动态复杂的化学界面，植物通过它远程招募有益菌群，微生物则借此调节宿主生长。然而，传统研究多将植物与微生物混养或完全隔离，前者难以区分代谢物来源，后者则切断了实时化学对话。能否设计一种“既隔离又联通”的系统，让植物和微生物隔着屏障“谈恋爱”，从而精准捕捉它们交换的信号分子？这正是本研究要破解的核心难题。
针对这一瓶颈，研究团队开发了活体渗出辅助植物全息培养组学系统（Live-exudation assisted phytobiome culturomics system, LEAP-CS）。这套装置的核心在于利用膜分离共培养技术，让植物根系与微生物群落物理隔离，仅允许小分子代谢物双向扩散。这相当于给植物和微生物装上了“对讲机”而非“直接接触”，从而首次实现了在物理分离条件下对植物-微生物组化学互作的动态捕获。
研究结果表明，LEAP-CS能够稳定支持约146个扩增子序列变体（Amplicon Sequence Variants, ASVs）的中等复杂度微生物群落与植物共培养。更为关键的是，利用该系统进行的表型筛选发现，非根际土微生物群落（Bulk soil microbiome） 比根际土微生物表现出更强的植物促生效果，这一反直觉的结果提示我们，那些远离根系的“旁观者”微生物可能蕴含着被低估的促生潜力。进一步的代谢组学分析揭示了植物与微生物之间存在代谢物的源-汇转移（Source–sink transfer），特别是小肽类物质，它们极有可能是跨界信号传导的关键信使。
这项发表于《Plant Methods》的研究，不仅提供了一套可模拟自然土壤复杂互作的高通量研究工具，更重要的是，它为我们打开了一扇窗，去窥视在物理隔离状态下，植物与微生物如何通过化学信号“隔空对话”。这对于未来设计基于微生物组的智能施肥策略、培育抗逆作物具有重要的理论价值。
关键技术方法
本研究核心技术为膜分离共培养装置（LEAP-CS），该系统通过半透膜物理隔离植物与微生物，允许代谢物双向扩散。研究利用该系统进行了植物表型生长实验，对比了无微生物对照、根际与非根际土壤微生物群落对植物生长的影响。后续结合外代谢组学（Exometabolomics） 分析了根系与微生物的渗出物，并通过对微生物群落的扩增子测序及ASVs分析，解析了群落结构变化与代谢功能的关联。
研究结果
LEAP-CS系统构建与验证
研究人员设计了一种膜基共培养系统，成功实现了植物与微生物在物理分离状态下的化学交换。该系统支持中等复杂度的微生物群落（约146个ASVs）与植物长期共培养，证明了其维持微生物多样性和活性的能力，为后续互作研究提供了可靠平台。
微生物群落来源决定促生表型
通过比较不同来源微生物（根际 vs 非根际）对植物生长的影响，研究发现接种非根际土微生物群落的植物表现出更高的生长促进效果。这一结果挑战了“根际微生物才是关键”的传统认知，提示非根际微生物库中可能存在未被充分利用的促生资源。
代谢物源-汇转移与信号潜力
外代谢组学分析揭示了植物根系与微生物渗出物中存在特定的代谢物转移模式，特别是小肽类分子的双向流动。结合微生物丰度谱分析，研究推测这些分子可能作为信号分子（Signaling molecules） 介导了植物与微生物的远程互作，而非单纯的营养竞争。
结论与展望
本研究成功建立了LEAP-CS这一新型体外植物-微生物组互作研究平台，证实了在物理隔离条件下，植物与微生物仍可通过扩散代谢物进行功能性对话。非根际微生物的强促生能力及其与植物的代谢物源-汇转移，为理解微生物组功能提供了新视角。该系统的高通量特性使其成为筛选有益微生物、鉴定新型信号分子的强大工具，后续通过温室及田间试验验证，有望推动基于微生物组的绿色农业发展。
