This study improves upon the traditional polynomial detrending method in order to correct the vibration acceleration signals with inconsistent initial velocity and displacement more rationally and efficiently. When numerical integration of recorded acceleration signals using assumed initial velocity and displacement values (which are generally inconsistent with real values) is performed, baseline shift or drift phenomenon can arise in velocity and displacement curves obtained. Baseline correction must be performed if an inconsistent acceleration signal is to be used in dynamic analyses. Polynomial detrending is generally used to remove unreasonable trends in time series, but the consistency among acceleration, velocity, and displacement has not received sufficient attention. The traditional polynomial detrending method is improved by purposefully removing the shifted trends in velocity and displacement. Two inconsistent vibration signals are selected to be corrected using both the traditional method and the improved method. It was found that the traditional method does not give a satisfactory correction result, but the improved method can correct the signal to be consistent. The improved detrending method is effective in making vibration signals have consistent acceleration, velocity, and displacement.

Abstract Cannibalism is a differentiation strategy and social multicellular behavior in biofilms. The novel factors and mechanisms to trigger the bacterial cannibalism remain scarce. Here, we report a novel bacillunoic acids-mediated strategy for manipulating cannibalism in Bacillus velezensis SQR9 biofilm formation. A subfraction of cells differentiate into cannibals that secrete toxic bacillunoic acids to lyse a fraction of their sensitive siblings, and the released nutrients enhance biofilm formation. Meanwhile, the self-immunity of cannibal cells was induced by bacillunoic acids. A two-component system, the OmpS-OmpR signal-transduction pathway, controls the expression of the ABC transporter BnaAB for self-immunity. Specifically, bacillunoic acids activate the autophosphorylation of OmpS, a transmembrane histidine kinase, which then transfers a phosphoryl group to its response regulator OmpR. The phosphorylation of OmpR activates the transcription of the transporter gene bnaAB by binding its promoter. Thus, bacillunoic acids are pumped out of cells by the ABC transporter BnaAB. Moreover, we discovered that strain SQR9 could use the bacillunoic acids-mediated cannibalism to optimize its community to produce more bacillunoic acids for bacterial competition. This study revealed that bacillunoic acids play a previously undiscovered dual role in both cannibalism during biofilm formation and interspecies competition, which has an important biological significance.

Abstract Trophic interactions play a central role in driving microbial community assembly and function. In gut or soil ecosystems, successful inoculants are always facilitated by efficient colonization, however, the metabolite exchanges between inoculants and resident bacteria are rarely studied, particularly in the rhizosphere. Here, we used bioinformatic, genetic, transcriptomic and metabonomic analyses to uncover syntrophic cooperation between inoculant ( Bacillus velezensis SQR9) and plant-beneficial indigenous Pseudomonas stutzeri in the cucumber rhizosphere. We found that the synergistic interaction of these two species is highly environmental dependent, the emergence of syntrophic cooperation was only evident in a static nutrient-rich niche, such as pellicle biofilm in addition to the rhizosphere. Our results identified branched-chain amino acids (BCAAs) biosynthesis pathway involved in syntrophic cooperation when forming coculture biofilms. Assaying the metabolome further demonstrated metabolic facilitation among the bacterial strains. In addition, biofilm matrix components from Bacillus were essential for the interaction. Importantly, the two-species consortium promoted plant growth and helped plants alleviate salt stress. In summary, we propose a mechanism in which synergic interactions between a biocontrol bacterium and a partner species promote plant health.

Negative stiffness-incorporated dampers have been widely accepted as effective vibration mitigation systems for flexible structural stiffness adjustment and enhanced energy dissipation. However, current investigations and optimal designs of negative stiffness-incorporated structures are limited to the linear elastic assumption of primary structures, potentially causing stability issues and unsatisfactory control performance. In this case, this study derives the stability criterion for negative stiffness amplifying damper (NSAD)-incorporated nonlinear structures and establishes stability-oriented design as well as modification formulae. The theoretical foundation of NSADs and nonlinear primary structures are initially introduced, based on which the stability criterion is derived according to the Routh–Hurwitz stability criterion. Following the existing design of linear elastic assumption, an endurance time acceleration series is generated subsequently to examine the proposed stability criterion for NSAD-equipped nonlinear structures. Consequently, the stability-oriented design method and corresponding modification formulae are proposed for near-field and far-field earthquakes, of which the effectiveness is validated through design cases. The results underscore the importance of considering structural nonlinearity for ensuring stability and designing NSAD-equipped nonlinear structures, demonstrating the feasibility of using the proposed correction factors to guarantee the stability of NSAD-equipped nonlinear structures subjected to multi-type earthquakes with various intensities. Additionally, the established design framework successively provides a high-efficiency energy dissipation device for seismic control of nonlinear structures, simultaneously generating easy-to-use design formulae for NSADs by combining the linear structure-based design and modification factors, facilitating direct design of nonlinear structures.

Abstract Understanding the driving forces and intrinsic mechanisms of microbial competition is a fundamental question in microbial ecology. Despite the well-established negative correlation between exploitation competition and phylogenetic distance, the process of interference competition that is exemplified by antagonism remains controversial. Here, we studied the genus Bacillus , a commonly recognized producer of multifarious antibiotics, to explore the role of phylogenetic patterns of biosynthetic gene clusters (BGCs) in mediating the relationship between antagonism and phylogeny. Comparative genomic analysis revealed a positive association between BGC distance and phylogenetic distance. Antagonistic tests demonstrated that the inhibition phenotype positively correlated with both phylogenetic and predicted BGC distance, especially for antagonistic strains possessing abundant BGCs. Mutant-based verification showed that the antagonism was dependent on the BGCs that specifically harbored by the antagonistic strain. These findings highlight that BGC-phylogeny coherence regulates the positive correlation between congeneric antagonism and phylogenetic distance, which deepens our understanding of the driving force and intrinsic mechanism of microbial interactions.

Abstract Microbes typically reside in multi-species communities, whose interactions have considerable impacts on the robustness and functionality of such communities. To manage microbial communities, it is essential to understand the factors driving their assemblage and maintenance. Even though the community composition could be easily assessed, interspecies interactions during community establishment remain poorly understood. Here, we combined co-occurrence network analysis with quantitative PCR to examine the importance of each species within synthetic communities (SynComs) of pellicle biofilms. Genome-scale metabolic models and in vitro experiments indicated that the biomass of SynComs was primarily affected by keystone species that are acting either as metabolic facilitators or as competitors. Our study sets an example of how to construct a model SynCom and investigate interspecies interactions.

ABSTRACT Bacillus spp. strains that are beneficial to plants are widely used in commercial biofertilizers and biocontrol agents for sustainable agriculture. Generally, functional Bacillus strains are applied as single strain communities since the principles of synthetic microbial consortia constructed with Bacillus strains remain largely unclear. Here, we demonstrated that the mutual compatibility directly affects the survival and function of two-member consortia composed of B. velezensis SQR9 and FZB42 in the rhizosphere. A mutation in the global regulator Spo0A of SQR9 markedly reduced the boundary phenotype with wild-type FZB42, and the combined use of the SQR9∆ spo0A mutant and FZB42 improved biofilm formation, root colonization and the production of secondary metabolites that are beneficial to plants. We further confirmed the correlation between the swarm discrimination phenotype between the two consortia members and the effects that are beneficial to plants in a greenhouse experiment. Our results provide evidence that social interactions among bacteria could be an influencing factor in achieving a desired community-level function. IMPORTANCE Bacillus velezensis is one of the most widely applied bacteria in biofertilizers in China and Europe. Additionally, the molecular mechanisms of plant growth promotion and disease suppression by representative model strains are well established, such as B. velezensis SQR9 and FZB42. However, it remains extremely challenging to design efficient consortia based on these model strains. Here, we showed that swarm discrimination phenotype is one of the major determinants affects the performance of two-member Bacillus consortia in vitro and in the rhizosphere. Deletion in global regulatory gene spo0A of SQR9 reduced the strength of boundary formation with FZB42, result in the improved plant growth promotion performance of dual consortium. This knowledge provides new insights into efficient probiotics consortia design in Bacillus .

Abstract Microbial cooperation is vulnerable to exploitation by social cheaters. Although the strategies for controlling genotypic cheaters have been well investigated, the mechanism and significance of preventing phenotypic cheating remain largely unknown. Here, we revealed the molecular mechanism and ecological significance of a policing system for punishing phenotypic cheaters in the community of a plant beneficial strain Bacillus velezensis SQR9. Coordinated activation of extracellular matrix (ECM) production and autotoxin bacillunoic acids (BAs) biosynthesis/self-immunity, punished public goods-nonproducing cheaters in strain SQR9’s community. Spo0A was identified to be the co-regulator for triggering both ECM production and BAs synthesis/immunity, which activates acetyl-CoA carboxylase (ACC) to produce malonyl-CoA, an essential precursor for BAs biosynthesis, thereby stimulating BAs production and self-immunity. Elimination of phenotypic cheaters by this policing system, significantly enhanced population fitness under different stress conditions and in plant rhizosphere. This study provides insights into our understanding of maintenance and evolution of microbial cooperation.