崖州湾国家实验室Cell：首次揭示植物与细菌低磷共生机制
2026年8月18日，崖州湾国家实验室周俭民团队联合北京大学白洋团队、清华大学刘栋团队合作在Cell上发表了题为：Mutually beneficial interactions between bacteria andArabidopsis promote phosphorus nutrition and growth 的研究论文。该研究首次揭示了非菌根植物拟南芥与根际不动杆菌在低磷条件下的互利共生机制，为破解植物磷营养难题、研发绿色生物磷肥提供了重要的理论依据和优良菌株资源。
崖州湾国家实验室王永进博士后、中国科学院遗传与发育生物学研究所高初蕾博士为共同第一作者。崖州湾国家实验室周俭民研究员（责任通讯，Lead Contact）、北京大学生命科学学院白洋研究员、清华大学生命科学学院刘栋教授为共同通讯作者。
Background
研究背景
植物与根系细菌群落的密切联系被认为在植物适应不利环境压力（如养分缺乏）中起着关键作用。一个主要的营养缺乏是磷（P）的可用性，磷是植物生长中必需的宏量营养素。虽然磷在土壤中丰富，但主要以植物无法接触的形式存在，因此，植物吸收的正磷酸盐或无机磷酸盐（Pi）在大多数自然和农业用地上的数量是有限的。
许多陆生植物会招募树枝菌根（AM）真菌从土壤中拾取有限的磷。相比之下，关于非菌根植物如拟南芥如何与微生物相互作用以应对磷缺乏，知之甚少。磷缺乏会极大地调节根部微生物群的组成。某些土壤细菌能够溶解无机磷酸盐或矿化有机磷酸盐。缺乏磷的根系是否以及如何与这些细菌建立互利关系以促进磷营养，目前尚不清楚。
除了微生物介导的磷营养外，植物还进化出多种应对磷缺乏的策略，除了微生物介导的磷营养外，植物还进化出多种应对磷缺乏的策略，然而，这种自制策略是否普遍适用于分泌羧酸盐的物种，尚未被严格测试。目前尚不清楚这些植物机制中的任何一种以及如何与细菌合作获取磷营养。
该研究对根细菌微生物组成员进行了分析，表明其中许多可能与拟南芥合作，促进幼苗P的营养和生长。深入分析揭示了拟南芥与不动杆菌在磷缺乏期内的复杂相互作用。
缺乏磷的根分泌的苹果酸酸盐并非直接参与P开采，而是作为求救信号，招募细菌进入根平面，在那里不动杆菌采取互利共生的生活方式，利用宿主来源的养分强力动员植物无法获得的磷。根面（但周围空间除外）成为植物和细菌获取磷的热点。这种相互作用发生在细菌群落和磷贫瘠土壤中。
Findings
研究成果
该团队揭示了缺磷条件下拟南芥与数种不动杆菌之间存在一种互惠互作关系。该过程涉及植物与细菌之间复杂的信号对话，双方均积极参与其中。遭受磷饥饿胁迫的植物根系分泌苹果酸，招募R1280 与 R2007 菌株。细菌定殖于根表后，会重编程自身转录组，利用植物宿主提供的营养物质，从无机磷酸盐与有机磷酸盐中释放无机磷；释放出的无机磷会被细菌与植物共同吸收利用。
重要的是，在低磷土壤环境中，我们重现了磷饥饿介导的R1280 菌株招募效应以及该菌株对幼苗的促生长作用。本研究建立了非菌根植物与根际微生物组中共生细菌开展主动信号交流的研究模型。我们对根系相关细菌的系统解析表明，这种植物细菌主动互作模式可能并不局限于不动杆菌属。
该研究打破了“植物低磷共生仅依赖真菌”“细菌独立溶磷，植物坐享其成”和“植物分泌有机酸溶磷”的传统认知，为理解根际微生物功能提供了新视角，也为发展生物磷肥提供了优良的菌株资源，是实验室在作物养分高效利用与绿色农业方向上的重要进展。
Implication
经验启示
该研究探究细菌拟南芥之间互惠互作机制，解析共生体系如何提升植物磷营养吸收，进而促进植株生长。研究成果证实二者存在双向互利关系，细菌可活化环境难溶磷供给宿主植物，植物则向细菌提供碳源，明确互作过程中的关键代谢与信号通路，厘清磷养分改善与植株生长表型的因果关联，排除单一促生因素干扰。
该研究完善植物微生物互作参与磷营养的认知，跳出单一菌株促生的研究思路，聚焦双向互惠模式，为低磷土壤下作物养分改良提供理论依据。该研究将微生物磷活化、植物营养代谢、双向信号交流结合，区分单向促生与真正互惠互作，解析互作背后的分子基础。
研究搭建模式植物与细菌互作的表型生理分子验证体系，严格设置对照区分直接、间接效应，研究范式可迁移到农作物根际微生物的养分高效育种工作。
原标题：《崖州湾国家实验室Cell：首次揭示植物与细菌低磷共生机制》