Microorganisms drive several processes needed for robust plant growth and health. Harnessing microbial functions is thus key to productive and sustainable food production. Molecular methods have led to a greater understanding of the soil microbiome composition. However, translating species or gene composition into microbiome functionality remains a challenge. Community ecology concepts such as the biodiversity–ecosystem functioning framework may help predict the assembly and function of plant-associated soil microbiomes. Higher diversity can increase the number and resilience of plant-beneficial functions that can be coexpressed and unlock the expression of plant-beneficial traits that are hard to obtain from any species in isolation. We combine well-established community ecology concepts with molecular microbiology into a workable framework that may enable us to predict and enhance soil microbiome functionality to promote robust plant growth in a global change context.

ABSTRACT Bacterial communities associated with plant roots play an important role in the suppression of soil-borne pathogens, and multispecies probiotic consortia may enhance disease suppression efficacy. Here we introduced defined Pseudomonas species consortia into naturally complex microbial communities and measured the importance of Pseudomonas community diversity for their survival and the suppression of the bacterial plant pathogen Ralstonia solanacearum in the tomato rhizosphere microbiome. The survival of introduced Pseudomonas consortia increased with increasing diversity. Further, high Pseudomonas diversity reduced pathogen density in the rhizosphere and decreased the disease incidence due to both intensified resource competition and interference with the pathogen. These results provide novel mechanistic insights into elevated pathogen suppression by diverse probiotic consortia in naturally diverse plant rhizospheres. Ecologically based community assembly rules could thus play a key role in engineering functionally reliable microbiome applications. IMPORTANCE The increasing demand for food supply requires more-efficient control of plant diseases. The use of probiotics, i.e., naturally occurring bacterial antagonists and competitors that suppress pathogens, has recently reemerged as a promising alternative to agrochemical use. It is, however, still unclear how many and which strains we should choose for constructing effective probiotic consortia. Here we present a general ecological framework for assembling effective probiotic communities based on in vitro characterization of community functioning. Specifically, we show that increasing the diversity of probiotic consortia enhances community survival in the naturally diverse rhizosphere microbiome, leading to increased pathogen suppression via intensified resource competition and interference with the pathogen. We propose that these ecological guidelines can be put to the test in microbiome engineering more widely in the future.

Abstract Plant growth depends on a range of functions provided by their associated rhizosphere microbiome, including nutrient mineralization, hormone co-regulation and pathogen suppression. Improving the ability of plant associated microbiome to deliver these functions is thus important for developing robust and sustainable crop production. However, it is yet unclear how beneficial effects of probiotic microbial inoculants can be optimised and how they are mediated. Here, we sought to enhance the tomato plant growth by targeted introduction of probiotic bacterial consortia consisting of up to eight plant-associated Pseudomonas strains. We found that the effect of probiotic consortium inoculation was richness-dependent: consortia that contained more Pseudomonas strains, reached higher densities in the tomato rhizosphere and had clearer beneficial effects on multiple plant growth characteristics. Crucially, these effects were best explained by changes in the resident community diversity, composition and increase in the relative abundance of initially rare taxa, instead of introduction of plant-beneficial traits into the existing community along with probiotic consortia. Together, our results suggest that beneficial effects of microbial introductions can be driven indirectly through effects on the diversity and composition of resident plant rhizosphere microbiome.

The rhizosphere microbiome is important for plant health, yet their contributions to disease resistance and assembly dynamics remain unclear. This study employed rhizosphere microbiome transplantation (RMT) to delineate the impact of the rhizosphere microbiome and the immune response of eggplant (

Summary Ecological corridors have been shown to promote species coexistence in fragmented habitats where dispersal limits species fluxes. The corridor concept was developed and investigated mainly by focusing on macroorganisms while microorganisms, the invisible majority of biodiversity, have been disregarded. Combining an experimental corridor-mesocosm design with high-throughput amplicon sequencing, we analyzed the effect of corridors on the dynamics of endospheric fungal assemblages associated with plant roots at metric scale over two years (i.e. at five time points). We show that the plant symbiotic compartment was sensitive to corridor effects when the corridors were set up at a small spatial scale. The endospheric mycobiota of connected plants displayed higher species richness, lower beta-diversity, and a more deterministic assembly than the mycobiota of isolated plants. These effects became more pronounced with the development of host plants. Biotic corridors composed of host plants may thus play a key role in the spatial dynamics of microbial community and may influence microbial diversity and related ecological functions.