IT之家 7 月 11 日消息，據(jù)新華社，西北農(nóng)林科技大學生命科學學院張余周教授團隊于北京時間 7 月 10 日在《科學》上發(fā)表了一項突破性研究成果。

該研究首次發(fā)現(xiàn)并系統(tǒng)定義了一種植物根系的全新向性運動 ——“避腐性”（Saprotropism）。這一發(fā)現(xiàn)填補了植物根系如何主動感知并規(guī)避土壤中由腐爛植物組織形成的病原微生物富集區(qū)的學術空白。

生物腐爛是生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的關鍵過程，但腐爛區(qū)域同時也是病原微生物高度活躍、可能對活體植物造成侵害的“危險區(qū)”。動物通常會主動遠離腐爛物以減少感染風險，而無法移動的植物如何應對，此前一直是一個重要的學術謎題。

張余周教授團隊通過大量實驗證實，當植物根系接觸腐爛的植物組織時，生長會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。面對局部腐敗區(qū)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(xiàn)象在擬南芥、油菜、番茄和小麥等單雙子葉植物中廣泛存在，表明“避腐性”可能是植物界一種普遍存在的生存策略。

研究進一步揭示了這一“嗅覺”背后的化學密碼。團隊發(fā)現(xiàn)，定殖于植物腐爛物上的真菌在分解過程中會釋放大量有機酸和酚酸等酸性代謝物。這些物質(zhì)在周圍土壤中形成了一個穩(wěn)定且不受降雨等環(huán)境因素干擾的局部酸性微環(huán)境，成為引導根系躲避腐爛區(qū)的核心方向信號。在分子機制層面，根表皮細胞通過“RGF-RGFR 肽-受體 pH 感應模塊”感知這種酸性信號。該信號被感知后，會轉(zhuǎn)化為植物體內(nèi)脫落酸（ABA）的不對稱分布，進而調(diào)控微管重排和表皮細胞的手性扭轉(zhuǎn)，最終驅(qū)動根定向彎曲、遠離腐敗區(qū)域。值得注意的是，這一機制不依賴經(jīng)典的生長素調(diào)控模型，拓展了人們對植物向性調(diào)控網(wǎng)絡的理解。

一個有趣的發(fā)現(xiàn)是，植物的這種回避反應具有高度的特異性：根系僅對植物來源的腐爛物產(chǎn)生“避性生長”，而對動物腐爛物則無此反應。張余周教授表示，這暗示動物腐爛物可能對植物根系不會產(chǎn)生傷害。該成果發(fā)表后，《科學》雜志的審稿人評價其為“植物根系向性生長領域的一項開創(chuàng)性工作”。

這項研究由西北農(nóng)林科技大學生命科學學院博士后珠拉太和博士生王慧慧擔任共同第一作者，張余周教授為獨立通訊作者。研究得到了教育部基礎學科與交叉學科突破計劃、國家自然科學基金等項目的資助。

該發(fā)現(xiàn)為精準農(nóng)業(yè)提供了從“被動治療”轉(zhuǎn)向“主動預防”的全新思路。一方面，可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，為作物育種提供了新靶點，未來有望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，從源頭預防未腐熟秸稈對作物產(chǎn)生的“燒苗”和爛根病。

IT之家附論文地址：
https://doi.org/10.1126/science.adw6568

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