种内植物-土壤反馈改变多年生禾草的根系性状：气候适应与微生物互作的新视角

为解决气候变化下植物-微生物互作机制不清的问题，研究人员以多年生禾草Tripsacum dactyloides为模型，通过33种基因型土壤接种实验，揭示了当前水分条件与历史降水梯度共同调控根系性状和微生物组的结构。结果表明，地上性状受水分处理主导，而根系解剖（如通气组织aerenchyma）和微生物定殖则受植物基因型与历史气候的显著影响，为气候适应性农业和生态修复提供了理论依据。

　　

随着全球气候变化加剧，干旱事件的频率和强度显著增加，植物如何通过遗传变异与微生物互作来适应环境压力成为关键科学问题。Tripsacum dactyloides（东部野玉米）作为美国南部平原的多年生禾草，其种群长期暴露于降水梯度中，为研究植物-土壤反馈(PSF)的遗传基础提供了理想模型。美国农业部农业研究局等机构的研究人员通过多基因型土壤接种实验，揭示了植物基因型与水分条件的交互作用如何塑造根系性状和微生物组，相关成果发表于《Rhizosphere》。

研究团队采用三项核心技术：1）33种基因型Tripsacum dactyloides的土壤接种实验（样本来自美国南部降水梯度下的自然种群）；2）高通量根系显微成像技术量化解剖特征（如aerenchyma面积）；3）微生物组测序分析根系定殖模式。

土壤接种实验设计
通过4年共培花园收集33种基因型的根际土壤，构建干旱与正常浇水双处理实验。结果显示，当前水分处理主导地上生物量（干旱使茎干重降低28.3%），而根系性状如皮层细胞大小和菌根定殖率显著受历史基因型影响。

根系性状的遗传与环境调控
干旱条件下，通气组织(aerenchyma)面积表现出基因型×水分的显著交互效应（p<0.05），表明历史适应干旱的基因型可能通过调整根系解剖结构优化水分运输。丛枝菌根真菌(AMF)定殖率与基因型原产地年均降水(MAP)呈负相关，印证了“干旱适应基因型优先招募节水微生物”的假设。

微生物组反馈机制
微生物组分析显示，根系分泌物相关的基因（如糖转运蛋白基因）表达差异驱动了微生物群落分化。例如，高降水适应基因型富集了降解复杂碳源的细菌，而干旱适应基因型偏好促进水分保持的放线菌。

讨论与意义
该研究首次将植物局部适应、PSF和气候响应三者关联，证明历史降水梯度通过遗传变异影响根系-微生物互作模式。干旱适应基因型通过稳定根系解剖结构和微生物招募策略维持生长，这一发现为设计气候智能型作物和退化生态系统修复提供了新思路。例如，筛选具有优化aerenchyma和AMF共生能力的基因型，可提升农业系统的抗旱韧性。作者团队强调，未来需结合全基因组关联分析(GWAS)进一步解析PSF的遗传调控网络。