Abstract Background Mitigating the effects of climate stress on crops is important for global food security. The microbiome associated with plant roots, henceforth, the rhizobiome, can harbor beneficial microbes that alleviate stress impacts. However, the factors influencing the recruitment of the rhizobiome during stress are unclear. We conducted an experiment to understand bacterial rhizobiome responses to short-term drought for two crop species: switchgrass and common bean. We used 16S rRNA and 16S rRNA gene sequencing to investigate the impact of drought severity on the recruitment of active bacterial rhizobiome members. We included planted and unplanted conditions to distinguish the environment-versus plant-mediated drivers of the active rhizobiome. Results Though each crop had a distinct rhizobiome, there were differences in the active microbiome structure between drought and watered and between planted and unplanted treatments. Despite their different community structures, the drought rhizobiome dynamics were similar across the two crops. However, the presence of a plant more strongly explained the rhizobiome variation in bean (17%) than in switchgrass (3%), with a small effect of plant mediation during drought only observed for the bean rhizobiome. The switchgrass rhizobiome was stable despite differences in the rhizosphere metabolite profiles between planted and unplanted treatments. Specifically, steroidal saponins and diterpennoids were enriched in drought, planted switchgrass soils. Conclusions We conclude that rhizobiome benefits to resist short-term drought are crop-specific, with the possibility of decoupling of plant exudation and rhizobiome responses, as we observed in switchgrass. We propose bacterial taxa uniquely associated with common bean plants during the short-term drought, which could be further evaluated to determine any plant benefit during drought.

Polyethylene (PE) plastic mulch films are used globally in crop production but incur considerable disposal and environmental pollution issues. Biodegradable plastic mulch films (BDMs), an alternative to PE-based films, are designed to be tilled into the soil where they are expected to be mineralized to carbon dioxide, water and microbial biomass. However inadequate research regarding the impacts of repeated incorporation of BDMs on soil microbial communities has partly contributed to limited adoption of BDMs. In this study, we evaluated the effects of BDM incorporation on soil microbial community structure and function over two years in two geographical locations: Knoxville, TN, and in Mount Vernon, WA. Treatments included four plastic BDMs, a completely biodegradable cellulose mulch, a non-biodegradable PE mulch and a no mulch plot. Bacterial community structure determined using 16S rRNA amplicon sequencing revealed significant differences by location and season. Differences in bacterial communities by mulch treatment were not significant for any season in either location, except for Fall 2015 in WA where differences were observed between BDMs and no-mulch plots. Extracellular enzyme rate assays were used to characterize communities functionally, revealing significant differences by location and sampling season in both TN and WA but minimal differences between BDMs and PE treatments. Limited effects of BDM incorporation on soil bacterial community structure and soil enzyme activities when compared to PE suggest that BDMs have comparable influences on soil microbial communities, and therefore could be considered an alternative to PE.

Abstract Mitigating the effects of climate stress on crops is important for global food security. The microbiome associated with plant roots, the rhizobiome, can harbor beneficial microbes that alleviate stress, but the factors influencing their recruitment are unclear. We conducted a greenhouse experiment using field soil with a legacy of growing switchgrass and common bean to investigate the impact of short-term drought severity on the recruitment of active bacterial rhizobiome members. We applied 16S rRNA and 16S rRNA gene sequencing for both crops and metabolite profiling for switchgrass. We included planted and unplanted conditions to distinguish environment- versus plant-mediated rhizobiome drivers. Differences in community structure were observed between crops and between drought and watered and planted and unplanted treatments within crops. Despite crop-specific communities, drought rhizobiome dynamics were similar across the two crops. The presence of a plant more strongly explained the rhizobiome variation in bean (17%) than in switchgrass (3%), with a small effect of plant mediation during drought observed only for the bean rhizobiome. The switchgrass rhizobiome was stable despite changes in rhizosphere metabolite profiles between planted and unplanted treatments. We conclude that rhizobiome responses to short-term drought are crop-specific, with possible decoupling of plant exudation from rhizobiome responses.