Science | 重磅！剑桥大学Giles Oldroyd课题组阐述植物通过共生微生物促进养分吸收！

英国剑桥大学Gilles Oldroyd院士课题组在权威期刊Science发表了题为A plants diet, surviving in a variable nutrient environment的综述论文，本文总结了植物应对不断变化的养分利用率而产生的根部养分感应及茎中的系统性信号转导机制，详细概述了有关植物如何利用其养分的最新知识，并提供了有关未来研究方向的想法，以帮助我们利用这些知识来提高低肥力土壤中的农作物生长性能，并使全球农业摆脱对无机肥料的依赖（深度解读：如何操控植物微生物组改善农业？“少肥多产”不是梦）。

作为主要生产者，植物依靠较大的地表表面积收集二氧化碳和阳光，并依靠较大的地下表层收集支持其生长和发育所需的水和矿物质营养。土壤中基本养分氮（N）和磷（P）的可利率性受到许多因素的影响，这些因素在本地和全球范围内都会产生其可用性的时空格局。植物通过改变其生长发育和与微生物的接触来优化氮和磷的吸收，从而促进其对养分的捕获（Science | 重磅研究揭示植物如何区分有益和有害微生物！）。对这些养分的感知以及对整体养分状况的感知，决定了植物对养分环境的反应，通过微生物的参与来协调其发育，以优化氮和磷的捕获并调节植物的总体生长（Nature | 年度重磅合集：植物微生物组！ISME | 新方法揭示宿主需求如何影响真菌的营养转移策略！）。

尽管植物依赖于从土壤中捕获多种元素养分，但限制植物生产力的主要养分是N和P。这些养分的获取对作物生长至关重要，但是大多数农业土壤中这些养分的含量限制了生产力。因此，这些养分通常以无机肥料的形式高浓度施用，以支持食品生产。但是，过度使用肥料会使环境养分流失，这会减少生物多样性并加剧气候变化。

图1. N响应和信号转导

图2. 局部NO^3–感知和信号传递

图3. P的可利用性

图4. 共生微生物的调控

植物已经适应了时空变化的环境，包括养分可利用性的变化格局，根部局部养分感知与茎中整合的系统性信号的结合产生了对养分态势的响应，无论养分含量高低。在营养缺乏的情况下，植物会通过与营养适应性发展适应相关的过程转向微生物以帮助促进其对营养的捕获（Cell Host & Microbe | 重磅！Schulze-Lefert团队揭示根系分泌香豆素与微生物互作改善植物铁营养！）。氮和磷对全球粮食生产至关重要。尽管我们对植物如何利用其养分进行理解的程度已经提高，但是关于养分影响植物生长的例子仍很匮乏，这几乎可以肯定地与以下事实有关：正如本评论所述，我们几乎所有的理解都源于模型研究，不是庄稼，是模式植物。在高养分环境下多年的植物育种使我们留下了一些作物品种，这些作物在优化有限养分的利用方面表现不佳。然而，植物中存在许多过程以确保在营养条件差的情况下的生产力，其中一些在作物物种的多样性中已经可以使用。现在是时候应用我们在模式植物中获得的深刻理解来改进农作物，以使全球人口摆脱对无机肥料的依赖。

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