许多植物与内生微生物建立了合作关系，这有助于它们的根系更有效地吸收磷（P）。深入理解这些根部与内生菌之间的互动机制，能够帮助我们提升磷的使用效率。
11 月 10 日，西南大学李楠楠教授团队在《Nature Communications》在线发表题为《Multiomics dissection of Brassica napus L. lateral roots and endophytes interactions under phosphorus starvation》的研究论文。研究发现，调整内生菌群落可以改善甘蓝型油菜在磷缺乏条件下的吸收能力，这为农业微生物制剂的研发提供了科学依据。
该研究团队对50种不同基因型的油菜（Brassica napus L.），特别是那些在低磷环境下表现出不同敏感性的品种，进行了内生植物侧根间相互作用的特征分析。通过将细菌丰度与植物生理参数的关联分析相结合，并辅以平板和土壤接种实验，他们确定了一种名为黄杆菌（C2）的菌株，它能够显著减轻油菜因磷不足而产生的不良症状。借助加权基因共表达网络分析（WGCNA）和全基因组关联研究（GWAS），研究者们以黄杆菌的数量作为一个定量特征，探究了其背后的机制。结果显示，在磷限制条件下，C2菌株能够调节脂肪酸和脂质代谢路径，比如促进亚油酸的代谢，进而影响根部木质素的生物合成，增强磷的吸收效率。此外，C2还能抑制由α-亚麻酸代谢引起的根部茉莉酸生物合成，从而有利于自身的定植，同时激活磷的吸收过程。
磷是植物生长不可或缺的大量营养元素之一，对于光合作用、呼吸作用及繁殖等生命活动至关重要。研究指出，磷的缺乏会阻碍原始根系的延长，影响根毛的发展。虽然很多土壤中磷的总量较高，但根际中可溶性无机磷酸盐（Pi）的浓度较低，导致全球约30%-40%的耕地面临磷的有效性不足的问题，这对作物产量构成了负面影响。虽然施用磷肥可以支持植物生长，但这不一定能增加植物对磷的吸收率，反而可能对作物产量和环境造成不利影响。
植物应对磷缺乏的生理代谢过程受到一个复杂的磷信号调控网络的影响。近年来，研究人员已从拟南芥、水稻和油菜等多种植物中识别出了大量的参与磷酸化信号通路调控的关键基因，包括转录因子（TFs）、磷饥饿诱导基因（PSIs）、microRNA等，如MYB类根皮层细胞定位的磷转运蛋白（PHRs）等。这些研究成果极大地推进了我们对磷信号网络的理解。
黄杆菌 C2 介导的植物生长和土壤改良的拟议模型
油菜籽作为一种重要的经济作物，因其高产优质的油料特性而受到重视，约占全球植物油总产量的30%至50%。因此，油菜籽的品质特性一直是科研关注的核心。通过对来自全球各地的数以千计的不同材料进行全基因组关联研究（GWAS）和选择性扫描（如Fst），科学家们在遗传层面揭示了许多与开花时间、非生物逆境响应、油脂含量及品质调控有关的基因。由于油菜籽对包括磷在内的多种关键化学元素的有效性非常敏感，合理施用磷肥不仅能够促进植物生长和产量提升，还有助于增加油酸含量和种子成熟时磷的累积。鉴于油菜籽具有丰富的遗传多样性、广泛的地理分布以及对磷的高度敏感性，它成为了基础研究的理想模型之一。
内生菌可以在植物细胞内部或细胞之间生活，与宿主植物形成共生关系。根据它们对宿主植物的影响，内生菌可以分为互生内生菌（促进宿主的生长发育）、条件致病菌（在特定条件下使植物患病）和共生内生菌（依赖宿主代谢产物生存，不影响宿主的生长发育）。在自然界中，共生内生菌能够与多种植物建立有益的共生关系，并在营养缺乏的情况下帮助宿主应对压力和生长。因此，探讨如何通过优化内生菌的配置来提高营养物质的利用效率，促进植物健康生长，对于实现高效农业生产具有重大意义。
为了探究在磷限制条件下油菜根系与内生菌之间错综复杂的互动关系，这项研究选取了50个天然油菜核心材料，覆盖了三个生态型的油菜品种。研究者采集了这些油菜的地下部分，并在有无磷肥处理的土壤中进行了转录组学和扩增子测序。通过对细菌丰度与植物生理指标之间相关性的分析，以及菌株的分离和功能验证，研究团队成功鉴定了黄杆菌（C2）这一能有效缓解油菜磷限制现象的菌株。研究人员认为，通过调整共生菌株的结构，可以在磷受限的环境中调节植物生长，提高磷的吸收和利用效率，进而减少对磷肥的需求，降低对磷资源和生态环境的压力。
