Nature Plants | 西南大学研究揭示植物黄酮富集根际微生物以促进缺氮条件下的玉米生长 ！

众所周知，植物通过根部吸收土壤中的养分。它们还会将物质释放到土壤中的事实可能鲜为人知（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！）。这似乎使植物的生活变得更加轻松，至少这是当前研究的结论。2021年4月8日，国际权威植物学期刊Nature Plants发表了中国西南大学陈新平教授和德国波恩大学Frank Hochholdinger教授团队的最新相关研究成果，题为Plant flavones enrich rhizosphere Oxalobacteraceae to improve maize performance under nitrogen deprivation的研究论文。参与研究的人员研究了几种玉米产量差异很大的品种。在寻找原因的过程中，他们遇到了一种酶，黄酮合酶2。他们研究的高产自交系787的根部含有大量这种酶，植物利用这种酶从类黄酮中制造出某些分子，并将其释放到土壤中。

黄酮类化合物赋予花朵和水果以色彩。但是，它们在土壤中执行不同的功能：它们确保非常特殊的细菌在根部周围积聚（ISME | 河南大学研究揭示根系分泌物类黄酮增强了丛枝菌根真菌与入侵植物之间的关联！Science Advances | 美国康奈尔大学研究揭示土壤有机物切断了植物与微生物的联系！）。这些微生物进而导致在这些根上形成更多的侧枝，称为侧根。这使玉米植物可以从环境中吸收更多的氮。这意味着该植物生长更快，尤其是在氮供应不足的情况下。

灭菌土壤未引起生长突增

研究人员能够在实验中证明这种方法的效果。他们使用的玉米品种为LH93，通常产生相当微弱的植物。但是，当他们将这种品种在以前高生长787系的土壤中种植时，情况发生了改变：LH93的生长明显更好。当科研人员在重新盆栽之前对土壤进行消毒时，效果消失了。这表明，富集的细菌确实是造成涡轮增长的原因，因为它们在灭菌过程中被杀死。

研究人员能够在另一个实验中证明微生物确实促进了侧根的生长。在这里，他们使用了由于突变而无法形成侧根的玉米品种。但是，当他们用细菌补充土壤时，突变体的根开始分支。目前尚不清楚这种效果如何产生。此外，在微生物的支持下，玉米在氮缺乏的情况下可以更好地应对。

结果可能有助于更可持续的农业

氮对于植物的生长极为重要，以至于农民通过施用肥料人为地增加了土壤中的氮含量。但是，一些肥料会被雨水冲刷出田地或进入地下水。它也可以以氮氧化物的形式或以铵气的形式进入大气，在其中起到温室效应的作用。含氮肥料的生产还需要大量能量。如果我们培育出能够在细菌的帮助下提高氮素利用率的农作物，我们也许能够显着减少环境污染（PNAS | 南京农大和美国德州理工大学研究揭示菌根真菌介导的水稻氮素吸收！“少肥多产”不是梦）。

研究表明，植物以最终使它们受益的方式帮助塑造了它们所生长的土壤状况。但是，到目前为止，这方面在育种中一直被忽略。总体上，人们对根系与土壤生物的许多相互作用尚不十分了解。

除西南大学和波恩大学外，该研究还涉及德国莱布尼茨植物遗传与作物研究所，科隆的马克斯·普朗克植物育种研究所，科隆、哥廷根和基尔大学的研究小组，以及来自中国和比利时的其他国际合作伙伴。

图1：跨界多元组学证明了根部发育期间根际中植物与微生物之间的因果关系

图2：宿主转录组和根际微生物组相互作用影响玉米的生长

图3：植物来源的黄酮对根际微生物群的变化促进了氮缺乏土壤中玉米的生长和氮的吸收

图4：具有侧根缺陷的突变体的生长性状与黄酮调节的根际微生物群落有关

图5：类黄酮依赖性草酸杆菌通过触发贫氮土壤中侧根形成的发育反馈，促进植物生长和氮素吸收

图6：黄酮依赖的微生物群落介导的侧根形成和植物生长的假定模型

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