揭开植物与微生物的“隐秘对话”

看似安静的植物，其实正和土壤里的真菌做着“交易”——它们把自己的“油”喂给真菌，换来急需的磷肥；豆科植物就更厉害了，根部自带微型“氮肥厂”。这些自然界的隐秘智慧被勤恳耕耘的上海科学家陆续发现。今天，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究员领衔的“植物—微生物共生的机理”研究，摘得国家自然科学奖二等奖。

长久以来，科学界认定植物送糖给丛枝菌根真菌，真菌回馈磷元素。但王二涛团队却发现，植物送出的不是糖，而是“油”——脂肪酸。2017年，这项突破发表于《科学》杂志，直接推翻了领域内奉行了数十年的“糖营养”理论。

土壤里磷元素充足时，植物就不肯浪费“油”去养菌了，但植物究竟如何监控磷的“临界点”？王二涛团队绘制出精细的调控网络后发现，植物体内负责直接吸收磷的核心模块，也是控制真菌那头的营养交换平衡的核心。也就是说，植物是用一个大脑同时管控自家采购和外部“贸易”，一旦磷够了，就立即按下暂停键。

如果说菌根真菌的故事像一场贸易谈判，那么豆科植物的本领更像一场细胞身份的逆袭。为什么偏偏是豆科植物能长根瘤，容纳根瘤菌抓空气中的氮？团队找到了一对关键的“命运开关”——SCR和SHR干细胞基因模块。在豆科植物进化过程中，这两个因子在根部皮层细胞里“胜利会师”，一下子赋予了普通皮层细胞分裂和结瘤的潜力。当科学家把这个模块植入拟南芥、水稻等非豆科作物的细胞，那些本来安分守己的细胞也具备了分裂潜能。这让人们第一次清晰地看到：非豆科植物或许距离自主固氮并不遥远，缺的只是关键程序的启动。

基于共生机理培育的高效水稻新品种“赣菌稻1号”，能在减施化肥的同时保住产量；依据根瘤共生机制研发的微生物菌剂，推广后有望每年为我国减少7.7亿公斤氮肥使用量。

本报记者 郜阳