植物根系與微生物在土壤中的“隱秘對話”，長久以來因觀測手段受限而蒙著神秘面紗。近日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心與瑞士洛桑大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊，在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表封面研究，首次以微觀視角破解了兩者互動的“分子密碼”，繪制出微生物在根系表面的“定居地圖”。

這項突破源于2018年春天的一個實驗靈感。當(dāng)時，研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)人周峰在固體培養(yǎng)基中觀察微生物與根系的結(jié)合特征時發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌因移動受限難以呈現(xiàn)動態(tài)分布。他隨即嘗試將培養(yǎng)基改為液體環(huán)境，結(jié)果觀察到細(xì)菌迅速向根系聚集，且在根表形成明顯的空間差異。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知——微生物在根系表面的分布并非隨機(jī)，而是遵循特定規(guī)律。

通過熒光標(biāo)記與高分辨率顯微成像技術(shù)，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)微生物的“聚居”模式與根系內(nèi)部的凱氏帶結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。凱氏帶作為根系的重要屏障，原本可阻止內(nèi)外物質(zhì)交換，但當(dāng)側(cè)根從主根分生時，其屏障會出現(xiàn)短暫“缺口”，導(dǎo)致根系內(nèi)的氨基酸外泄。研究顯示，外泄的氨基酸中80%為谷氨酰胺，這種物質(zhì)如同根系發(fā)出的“定位信號”，引導(dǎo)微生物向特定區(qū)域遷移。

“微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的感知能力決定了它們的分布?！敝芊褰忉?，若微生物喪失識別氨基酸的能力，便會“迷失方向”，無法準(zhǔn)確定位?；谶@一機(jī)制，團(tuán)隊首次繪制出微生物在根系表面的“定居地圖”，揭示了兩者互動的微觀規(guī)律。

微生物的“定居”質(zhì)量直接影響根系健康。研究發(fā)現(xiàn)，有益微生物的大量聚集不僅不會損害根系，反而能促進(jìn)其生長和養(yǎng)分吸收；而病原微生物的過度繁殖則會危害植株。這一發(fā)現(xiàn)為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了新思路：通過設(shè)計氨基酸類微生物肥料，可精準(zhǔn)引導(dǎo)有益菌群吸附在根系周圍，提升作物抗逆性與養(yǎng)分利用效率。

論文通訊作者周峰年僅四十余歲，其博士期間的研究曾獲中國科學(xué)十大進(jìn)展，此次又因該成果獲得植物學(xué)領(lǐng)域首個“本源公益-青年P(guān)I助研金”生命科學(xué)獎。談及研究成為《科學(xué)》封面論文的契機(jī)，他分享了一個有趣的故事：在數(shù)千張實驗圖片中，一張側(cè)根細(xì)胞輪廓模糊的照片最初并未被團(tuán)隊看好，但周峰詢問子女意見時，上幼兒園的女兒形容其“像膝蓋發(fā)炎”，上小學(xué)的兒子則覺得“像黑洞吞噬光線”。這種獨(dú)特的視角打動了《科學(xué)》雜志編輯，最終該圖被選為封面。