英國牛津大學宣稱，該校與康橋大學研究人員合作，利用合成生物學技術，設計出了植物與其根際細菌之間的分子信號通路，這一合成信號系統有助於小麥和玉米等非豆類作物成功固氮，對利用增強根系微生物群來改善營養不良土壤的作物産量以及減少大田化肥使用量有著巨大應用前景。研究成果發表在近日出版的《自然通訊》雜誌上。
植物通過發出化學信號來吸引或抑制特定微生物，影響其根際微生物群。研究人員通過對穀類植物進行改造，使其産生一種信號，可以與其根系周圍細菌交流並加以控制，使它們能夠利用這些細菌來促進生長，包括提高固氮能力。
研究第一作者、牛津大學植物科學系格迪斯博士介紹：“我們選取了一組細菌在豆科根瘤中産生的化合物，稱為根狀莖（rhizopines）。首先，我們必鬚髮現産生根狀莖的天然生物合成路徑，然後設計一個更容易轉移到其他植物上的合成途徑，將合成的信號傳導途徑轉移到包括穀物在內的許多植物上，並設計出根際細菌對根狀莖的反應。”
主要研究人員、康橋大學塞恩斯伯裏實驗室的帕拉馬斯凡博士解釋説，他們測量了大麥的根和根圍細菌之間的通信信號，發現大多數菌落之間都存在明顯的通信。這意味著他們有可能利用這種跨界信號通路，激活根系周圍的微生物群來固定氮，以及其他促進植物生長需要的功能，如生産抗生素、激素或溶解土壤養分。
他説：“這種合成信號通路的一個重要優點是，只有被設計成産生這種信號的特定作物才會受益。這意味著，與目標作物一樣從化肥應用中受益的雜草，將不會從植物和微生物之間的關聯中受益。”
研究人員稱，將進一步對植物如何控制根圍細菌的關鍵過程，如固氮、磷酸鹽溶解和促進植物生長等開展研究，這些研究將為穀物控制細菌微生物群及其多樣化代謝打開大門。
