浙江
磷是植物生长发育必需的大量营养元素，但土壤中绝大部分磷以难溶态存在，植物难以直接吸收利用。以往研究已知根系微生物能够帮助植物获取磷，但双方如何建立互惠关系、具体在根际哪个位点发生协同作用，并不十分清楚。2026年8月18日，崖州湾实验室、中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民研究员团队、北京大学白洋教授团队和清华大学生命科学学院刘栋教授团队合作完成了题为“Mutually beneficial interactions between bacteria and Arabidopsis promote phosphorus nutrition and growth”的研究。该研究揭示了拟南芥在缺磷胁迫下通过分泌苹果酸特异招募土壤中的不动杆菌，被招募的细菌定殖于根表并活化难溶性磷，从而实现双方的磷营养互惠和生长促进。
研究团队首先从拟南芥根际分离了130株代表性细菌，在缺磷培养基上逐一测试它们对幼苗生长的影响。超过20%的菌株能够显著降低植株的磷饥饿响应标记基因表达，同时增加幼苗的鲜重和地上部磷含量。这些促生效应的实现依赖于活体细菌与植物的共同存在，热灭活的细菌或直接将可溶性磷加入培养基都无法产生同样的效果。研究团队进一步发现，在26株具有促生活性的菌株中，有5株在缺磷条件下能够以2到4倍的效率富集在根系上，说明缺磷植株主动招募了这些有益细菌。
在探索植物招募细菌的分子机制时，研究团队注意到缺磷条件下拟南芥根系分泌物中的苹果酸含量比供磷充足时增加了3倍。他们利用遗传材料证实，这一苹果酸分泌过程由STOP1转录因子和ALMT1苹果酸转运蛋白所控制。缺失STOP1或ALMT1功能的突变体，其根系分泌物中苹果酸含量极低，并且在缺磷条件下对不动杆菌R1280的招募能力几乎完全丧失。向培养基中添加20微摩尔的外源苹果酸足以引发细菌的趋化响应，而在根际额外补充苹果酸则会破坏根系周围的浓度梯度并阻断细菌的定向聚集。显微镜观察显示，R1280细菌特异性地定殖在缺磷植株根系的成熟区表皮，这正是苹果酸主动分泌最为活跃的部位。
研究团队还解析了细菌响应植物信号并活化磷素的具体途径。转录组分析显示，当R1280接触缺磷植株的根分泌物时，其高亲和力磷酸盐转运蛋白基因pstS和葡萄糖脱氢酶基因gcd的表达水平显著上升。基因敲除实验表明，缺失pstS的细菌无法高效吸收根表微环境中的无机磷，而缺失gcd的细菌则丧失了对羟磷灰石等难溶磷酸盐的溶解能力。将这两种突变体分别接种拟南芥，它们都不能促进缺磷幼苗的生长，而回补相应基因后促生功能得以恢复。在贫磷土壤中接种R1280能够显著提高拟南芥的地上部鲜重和磷含量，宏基因组分析也证实R1280在缺磷土壤中定殖丰度远高于供磷充足的土壤。
根表的物理接触是这一互惠关系得以实现的关键前提。研究团队设计了一个物理分离实验，在细菌所在培养基与幼苗之间放置一层极薄的无菌滤膜或1毫米厚的不含菌琼脂层。即使细菌依然存在于同一培养体系中，只要它们无法直接接触根系表面，幼苗的生长促进效应就完全消失。在培养基中添加过量苹果酸以扰乱根系化学梯度同样阻断了细菌向根表的聚集并导致促生效应丧失。这些结果说明，根表这个狭小空间不仅是细菌大量增殖的场所，也是双方完成磷素活化与吸收互惠过程的核心区域。该研究为理解植物与根际微生物在养分胁迫下的协同进化关系提供了新的分子证据，也为开发高效生物菌肥、减少化学磷肥施用提供了潜在的应用靶点。
READING
BioPeers
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
