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.

Abstract Bacterial-fungal interactions (BFIs) are important in ecosystem dynamics, especially within the soil rhizosphere. The bacterium Bacillus velezensis SQR9 and the fungus Trichoderma guizhouense NJAU 4742 have garnered considerable attention due to their roles in promoting plant growth and protecting their host against pathogens. In this study, we utilized these two model microorganisms to investigate BFI. We firstly demonstrate that while co-inoculation of B. velezensis and T. guizhouense could promote tomato growth, these two microorganisms display mutual antagonism on agar solidified medium. To resolve this contradiction, we developed an inoculation method, that allows B. velezensis colonization of T. guizhouense hyphae and performed a transcriptome analysis. During colonization of the fungal hyphae, B. velezensis SQR9 upregulates expression of biofilm related genes (e.g. eps, tasA , and bslA) that is distinct from free-living cells. This result suggested an intricate association between extracellular matrix expression and hyphae colonization. In accordance, deletion epsD, tasA, or both epsD and tasA genes of B. velezensis diminished colonization of the T. guizhouense hyphae. The insights from our study demonstrate that soil BFIs are more complex than we understood, potentially involving both competition and cooperation. These intricate biofilm-mediated BFI dynamics might contribute to the remarkable diversity observed within soil microbiota, providing a fresh perspective for further exploration of BFIs in the plant rhizosphere.