根际微生物-新发现植物与其根际微生物之间的联络信号被破解

科技日报记者 田学科

牛津大学宣称，该校与剑桥大学的研究人员合作，利用合成生物学技术，设计出了植物与其根际细菌之间的分子信号通路，这一合成信号系统将有助于小麦和玉米等非豆类作物成功实现固氮，对利用增强根系微生物群来改善营养不良土壤的作物产量以及减少大田化肥的使用量有着巨大的应用前景。研究成果发表在7月31日出版的《自然通讯》杂志上。

植物是通过发出吸引或抑制特定微生物化学信号来影响其根际微生物群的。研究人员通过对谷类植物进行改造，使其产生一种信号，可以与其根系周围细菌进行交流并加以控制，使它们能够利用这些细菌来促生长，包括提高固氮功能。

研究成果的第一作者、牛津大学植物科学系格迪斯博士介绍说：“为了做到这一点，我们选取了一组细菌在豆科根瘤中产生的化合物，称之为根状茎（rhizopines）。首先，我们必须发现产生根状茎的天然生物合成路径，然后设计一个更容易转移到其它植物上的合成途径。我们能够将合成的信号传导途径转移到包括谷物在内的许多植物上，并设计出根际细菌对根状茎的反应。”

主要研究人员、剑桥大学塞恩斯伯里实验室的帕拉马斯凡博士解释说，我们测量了大麦的根和根围细菌之间的通信信号，发现大多数菌落之间都存在明显的通信。这意味着我们有可能利用这种跨界信号通路激活根系周围的微生物群来固定氮，以及其它促进植物生长需要的功能，如生产抗生素、激素或溶解土壤养分。“这种合成信号通路的一个重要优点是，只有被设计成产生这种信号的特定作物才会受益。这意味着，与目标作物一样从化肥应用中受益的杂草，将不会从植物和微生物之间的关联中受益。”

主要研究人员、牛津大学的若弗兰博士说:“合成化学对于提供化合物是至关重要的，这些化合物使根状茎的生物合成及其从细菌到植物的转移研究成为可能。特别是，所产生的根状茎使我们能够确定，哪一种是关键生物活性化合物的天然活性对映体。”

研究人员称将进一步对植物如何控制根围细菌的关键过程，如固氮、磷酸盐溶解和促进植物生长等开展研究，这些研究将为谷物控制细菌微生物群及其多样化代谢打开大门。