生命科学学院白洋课题组与合作者揭示植物-根际细菌低磷共生新机制

　　

磷是植物生长发育必需的大量营养元素，但土壤中的大量磷以难溶性无机磷或有机磷形式存在，植物无法直接吸收利用。许多植物可以通过与丛枝菌根真菌形成共生关系扩大磷获取范围，但包括拟南芥在内的十字花科植物缺乏这种经典的菌根共生体系。另一方面，根际中存在大量具有磷转化能力的细菌。过去对于这类“溶磷细菌”的理解，主要集中于细菌自身能否分泌有机酸或磷酸酶释放磷，而植物是否会主动选择这些细菌，以及植物和细菌之间是否存在真正意义上的互利营养交换，一直缺乏清晰的机制解释。

2026年8月18日，北京大学生命科学学院、基因功能研究与操控全国重点实验室、北大-清华生命科学联合中心白洋课题组联合崖州湾国家实验室周俭民团队、清华大学刘栋团队合作在Cell上发表研究成果，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。

论文截图

研究团队首先系统筛选了130株拟南芥根系共生细菌，发现其中约20%的菌株能够同时缓解植物磷饥饿反应并促进低磷条件下的生长，提示植物低磷适应并非仅依赖自身代谢或细菌独立溶磷，而可能来源于特定的植物-细菌互作。以具有显著促生作用的不动杆菌Acinetobacter guillouiae R1280为代表，研究进一步发现，低磷条件下拟南芥通过STOP1–ALMT1通路增加苹果酸分泌，但苹果酸本身并不直接显著促进植物获取磷，而是作为“求助信号”诱导细菌趋化并向根表富集。进入根表生态位后，细菌利用植物提供的碳、氮营养维持生长，同时启动以葡萄糖脱氢酶基因gcd和碱性磷酸酶基因phoD为代表的磷动员程序，分别促进难利用无机磷和有机磷的释放；植物则依赖自身磷转运体系及时吸收这些释放到根表附近的磷。由此，植物通过“招募并供养”特定细菌，细菌通过“动员并共享”难利用磷，双方在根表形成以碳氮换磷为核心的互利关系。进一步的微生物群落和低磷土壤实验表明，这种互作在复杂环境中仍能促进植物磷营养和生长，从而揭示了非菌根植物通过主动调控根际细菌获取磷的一种新的互利共生机制。

低磷条件下植物与不动杆菌互利共生关系的建立

该研究首次揭示了植物与细菌之间的低磷共生关系，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。

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。周俭民、白洋、刘栋为共同通讯作者。德国马普研究所Paul Schulze-Lefert、崖州湾国家实验室杨维才院士、王忆平研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所王国栋研究员、中国科学院分子植物创新中心周峰研究员、北京师范大学王伟教授、中国农业大学周朝阳副教授等也参与了这项研究。