廣東
近日，《科學》（Science）在線發表了西北農林科技大學生命科學學院青年科學家張余周教授團隊題為《根系通過感知局部pH梯度繞開腐敗區域》的研究論文，系統揭示一種全新定義的向性運動——“避腐性”（Saprotropism），并揭示了該向性生長的分子機理，為理解植物—微生物—土壤互作開辟了新視角。西北農林科技大學生命科學學院博士后珠拉太和博士生王慧慧為該論文的共同第一作者，張余周教授為該論文的獨立通訊作者。
植物根系是吸收水分和養分的重要器官，植物的向光性、向重力性等向性生長行為，幫助植物實現趨利避害。然而，除了物理與化學環境信號，植物根系是否能夠感知并主動對植物腐爛區高度活躍的有害病原微生物做出向性應答，此前還是一項重要的學術空白。團隊發現，當植物根系直接接觸腐爛植物組織時，根生長迅速受到抑制甚至停止，與生物脅迫、病原防御和免疫響應相關的基因被顯著激活。進一步研究發現，面對局部腐敗區域，植物根會主動偏離重力方向，向繞開植物腐爛物的方向彎曲生長。這種現象在擬南芥、油菜、番茄和小麥等單雙子葉中廣泛存在。“有趣的是，根僅對植物腐爛物產生回避，對動物腐爛物無避性生長。”張余周教授介紹，這暗示動物腐爛物可能對植物根系不會產生傷害。據此，團隊將這一“逃跑”現象命名為“避腐性” ，以此定義這一鑒定到的新向性生長類型。
研究進一步破解了植物“聞”到植物腐敗區信號的關鍵密碼。植物腐爛過程中可向周圍土壤或培養基釋放大量有機酸和酚酸，形成穩定的局部酸性微環境，且該pH梯度不受降雨等環境因素干擾，是引導根系躲避腐敗區的核心方向信號。在機制層面，團隊發現定殖于植物腐爛物上的真菌釋放酸性代謝物,根表皮細胞通過感知相關信號后，并將其轉化為植物體內脫落酸（ABA）的不對稱分布，進而調控微管重排和表皮細胞的手性扭轉，最終驅動根定向彎曲、遠離腐敗區域。該機制不依賴經典的生長素調控模型，拓展了人們對植物向性調控網絡的理解。
《科學》雜志的審稿人評價，“這是植物根系向性生長領域的一項開創性工作”。研究揭示了一種全新的根系與土壤微生物的對話模式，為精準農業提供了新思路——從“被動治療”轉向“主動預防”：一方面，為秸稈還田等栽培措施提供理論指導，通過合理還田方式為根系留出避讓空間；另一方面，為育種提供新靶點，未來可通過基因編輯等手段培育根系“避腐”能力更強的“智慧型”作物品種，可實現抗病性的“先發制人”，從源頭預防未腐熟秸稈對作物產生的“燒苗”和爛根病的發生。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw6568
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