研究人员发现了一种生物机制，可以使植物根部更欢迎有益的土壤微生物。英国约翰英纳斯研究中心Myriam Charpentier博士研究团队的这一发现为更加环保的农业实践铺平了道路，可能允许农民减少化肥的使用。2025年1月，该研究发表于国际顶级学术期刊《自然》（Nature），题为Autoactive CNGC15 enhances root endosymbiosis in legume and wheat的研究论文。同期，《Nature》还发表了题为A mutation makes plant roots more welcoming to beneficial microbes的简评对该研究重点推荐。同一天，国际顶级学术期刊《科学》（Science）也对该研究进行了针对性报道，题为Crops could thrive with less fertilizer if they make more microbial friends。
大多数主要作物的生产依赖于硝酸盐和磷酸盐肥料，但过量使用化肥会对环境造成危害。如果我们能够利用植物根系与土壤微生物之间的互利关系来增强养分吸收，那么我们有可能减少无机化肥的使用。
该研究发现，在豆科植物蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）中的一种基因突变（CNGC15）重新编程了植物的信号传递能力，使其增强了与固氮细菌根瘤菌以及提供磷素的丛枝菌根真菌（AMF）的合作关系。这种被称为内共生的伙伴关系，即一种生物存在于另一种生物体内，使得豆科植物可以通过微生物从土壤中获取养分，作为交换的是糖类物质。在农业中广泛采用内共生伙伴关系的一个障碍是它们倾向于发生在贫营养的土壤中，这与集约化农业的条件相冲突。
在这项研究中，实验表明，钙信号传导途径中的基因突变在农业条件下增强了内共生作用。令人兴奋的是，研究团队还通过遗传方法证明了小麦中同样的基因突变也促进了田间条件下AMF的定殖。这些发现代表了在长期愿望上取得了激动人心的突破，即使用强化的内共生伙伴关系作为无机肥料的天然替代品，应用于包括谷物和豆类在内的主要作物上。
研究人员的发现对于推动可持续农业具有巨大潜力。他们识别出的这个突变能在农业条件下增强内共生作用，这一点既意外又令人兴奋，因为它提供了利用内共生体进行可持续作物生产的可能性，并减少了无机化肥的使用。该发现不仅对钙信号传导的研究有广泛的贡献，同时也为向更加可持续地生产经济重要作物提供了过渡方案。
Charpentier团队之前的研究显示，根细胞核内的钙信号传导对于建立与有益固氮细菌和AMF的根内共生关系至关重要。本研究揭示了这一关键信号机制，展示了钙振荡如何调节称为类黄酮化合物的生产，从而增强内共生作用。研究人员的发现强调了基础科学在解决社会挑战方面的重要性。
根内共生对植物非常有利，可以增加养分吸收并提高抗逆性。为了保护环境及降低农民成本，迫切需要开发高产、抗病的作物，并减少化肥使用。结合抗病性和气候适应力与通过改进与共生微生物的关联来实现高效的养分同化，是这一目标的关键元素。
