上海
撰文丨王聰
編輯丨王多魚
排版丨水成文
植物在復雜且異質性的土壤環境中生長，根系必須固定植株、吸收水分和養分，并應對各種環境脅迫。為了適應這樣的環境，植物進化出了向性反應，即對環境刺激產生定向生長的響應。自達爾文時代以來所描述的經典向性反應主要由重力、光照、水分和鹽度等非生物信號驅動。
然而，土壤也是一個受微生物群落動態變化影響的生物生態系統。土壤中普遍存在著植物殘體的微生物分解過程，推動了有機物的分解與養分循環，從而形成具有強烈微生物活動的局部腐解區域。目前尚不清楚植物根系是否能夠感知這些地下腐爛區域并主動避開，以降低被腐敗微生物感染的風險。
2026 年 7 月 9 日，西北農林科技大學張余周團隊（博士后珠拉太、博士生王慧慧為論文共同第一作者）在國際頂尖學術期刊Science上發表了題為：Roots Navigate around Decay Regions by Sensing Local pH Gradients 的研究論文。
首次發現植物根系能夠主動感知土壤中的微生物富集的腐爛區域，并通過一種全新定義的向性運動 ——“避腐性”（Saprotropism），主動繞開腐敗植物殘體。該研究揭示了植物根系如何通過感知腐敗微生物代謝產生的化學信號梯度，規避潛在有害微生物富集區，為理解植物-微生物-土壤互作提供了全新視角。
在這項最新研究中，研究團隊首先測試了腐爛植物材料是否對根系生長構成不利環境。隨后，在自然土壤和分體瓊脂系統中，于根部附近建立了局部腐爛區域，以觀察根系的生長反應。結果顯示，植物根系表現出強烈的定向彎曲，遠離腐爛區域。為了識別植物根系用于導航的腐爛產生的化學信號，以及定殖在植物源物質上并負責產生這些化學信號的微生物，研究團隊進行了多組學分析（微生物組學、代謝組學和轉錄組學），并通過微生物分離進行實驗驗證。利用共聚焦成像和基因篩選，研究了參與感知腐爛誘導化學信號的根系感覺細胞和分子傳感器。最后，研究團隊探討了根系如何將這些外部化學信號轉化為驅動避腐性彎曲的細胞生長行為。
該研究證明了腐爛植物材料形成了一個充滿敵對微生物的微環境，在直接接觸時會抑制植物根系生長并降低植物適應性。當植物根系被放置在腐爛植物材料附近但未接觸時，它們始終會彎曲遠離腐爛源，研究團隊將這種定向回避反應命名為“避腐性”（Saprotropism）。研究團隊進一步發現，定殖在腐爛植物材料上的真菌（而非細菌）在分解過程中會產生酸性代謝物（包括有機酸和酚酸）。這些酸會擴散到周圍土壤中，形成穩定的酸性 pH 梯度，作為植物根系導航的定向信號。根表皮細胞通過根分生組織生長因子（RGF）–RGF 受體（RGFR）肽-受體 pH 感應模塊感知這種酸性微環境，該模塊將 pH 不對稱性轉化為根內不對稱的脫落酸（ABA）分布。ABA 不對稱性進而驅動微管重組和各向異性的表皮細胞擴張，產生定向的根扭轉，引導根系彎曲遠離腐爛區域。
總的來說，該研究首次揭示了“避腐性”（Saprotropism）是一種此前未被識別的植物彎曲響應，使植物根系能夠主動規避腐爛區域。真菌驅動的植物源物質分解產生了酸性化學梯度，作為根系導航的環境引導信號，闡明了這種微生物腐爛產生的化學景觀如何通過分子和細胞機制重新編程植物根系的生長決策。這些發現不僅拓展了現有的植物向性理論框架，還揭示了一種此前未被認識的微生物-土壤-植物通訊形式，為理解植物根系如何在地下復雜環境中導航、避開有害微生物生態位提供了新見解。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw6568
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