上海
撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
植物在复杂且异质性的土壤环境中生长，根系必须固定植株、吸收水分和养分，并应对各种环境胁迫。为了适应这样的环境，植物进化出了向性反应，即对环境刺激产生定向生长的响应。自达尔文时代以来所描述的经典向性反应主要由重力、光照、水分和盐度等非生物信号驱动。
然而，土壤也是一个受微生物群落动态变化影响的生物生态系统。土壤中普遍存在着植物残体的微生物分解过程，推动了有机物的分解与养分循环，从而形成具有强烈微生物活动的局部腐解区域。目前尚不清楚植物根系是否能够感知这些地下腐烂区域并主动避开，以降低被腐败微生物感染的风险。
2026 年 7 月 9 日，西北农林科技大学张余周团队（博士后珠拉太、博士生王慧慧为论文共同第一作者）在国际顶尖学术期刊Science上发表了题为：Roots Navigate around Decay Regions by Sensing Local pH Gradients 的研究论文。
首次发现植物根系能够主动感知土壤中的微生物富集的腐烂区域，并通过一种全新定义的向性运动 ——“避腐性”（Saprotropism），主动绕开腐败植物残体。该研究揭示了植物根系如何通过感知腐败微生物代谢产生的化学信号梯度，规避潜在有害微生物富集区，为理解植物-微生物-土壤互作提供了全新视角。
在这项最新研究中，研究团队首先测试了腐烂植物材料是否对根系生长构成不利环境。随后，在自然土壤和分体琼脂系统中，于根部附近建立了局部腐烂区域，以观察根系的生长反应。结果显示，植物根系表现出强烈的定向弯曲，远离腐烂区域。为了识别植物根系用于导航的腐烂产生的化学信号，以及定殖在植物源物质上并负责产生这些化学信号的微生物，研究团队进行了多组学分析（微生物组学、代谢组学和转录组学），并通过微生物分离进行实验验证。利用共聚焦成像和基因筛选，研究了参与感知腐烂诱导化学信号的根系感觉细胞和分子传感器。最后，研究团队探讨了根系如何将这些外部化学信号转化为驱动避腐性弯曲的细胞生长行为。
该研究证明了腐烂植物材料形成了一个充满敌对微生物的微环境，在直接接触时会抑制植物根系生长并降低植物适应性。当植物根系被放置在腐烂植物材料附近但未接触时，它们始终会弯曲远离腐烂源，研究团队将这种定向回避反应命名为“避腐性”（Saprotropism）。研究团队进一步发现，定殖在腐烂植物材料上的真菌（而非细菌）在分解过程中会产生酸性代谢物（包括有机酸和酚酸）。这些酸会扩散到周围土壤中，形成稳定的酸性 pH 梯度，作为植物根系导航的定向信号。根表皮细胞通过根分生组织生长因子（RGF）–RGF 受体（RGFR）肽-受体 pH 感应模块感知这种酸性微环境，该模块将 pH 不对称性转化为根内不对称的脱落酸（ABA）分布。ABA 不对称性进而驱动微管重组和各向异性的表皮细胞扩张，产生定向的根扭转，引导根系弯曲远离腐烂区域。
总的来说，该研究首次揭示了“避腐性”（Saprotropism）是一种此前未被识别的植物弯曲响应，使植物根系能够主动规避腐烂区域。真菌驱动的植物源物质分解产生了酸性化学梯度，作为根系导航的环境引导信号，阐明了这种微生物腐烂产生的化学景观如何通过分子和细胞机制重新编程植物根系的生长决策。这些发现不仅拓展了现有的植物向性理论框架，还揭示了一种此前未被认识的微生物-土壤-植物通讯形式，为理解植物根系如何在地下复杂环境中导航、避开有害微生物生态位提供了新见解。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw6568
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