申建波团队：植物根际微生物组与根功能属性的共进化模式

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生命科学

Life science

植物与微生物互作一直是国内外学术界关注的前沿领域，但其深层机制及生态功能尚不明确。根际作为植物根系与微生物相互作用的关键热点区域，是植物吸收水分和养分的重要门户，也是抵御地下生物和非生物胁迫的第一道防线。在长期进化与选择压力的驱动下，维管植物演化出多样化的地下策略，以应对不断变化的环境条件和资源竞争。一方面，植物可通过调节根系本身的形态结构、分泌物组成、解剖特征和代谢活动等功能属性，增强其资源获取（尤其是养分吸收）能力和环境适应性（即“自主策略”）；另一方面，也可通过招募并重塑根际微生物群落（即植物的第二基因组）建立良性互作关系，从而提升其资源获取效率与逆境响应（即“外包策略”）。研究表明，不同植物种类，甚至同一物种的不同基因型，在根属性的表达模式（Root trait expression）及根际微生物群落的组装方式（Rhizosphere microbiome assembly）上均表现出显著的种间或种内差异。然而，从不同时空尺度上，植物根系与根际微生物是否存在共进化？其共进化的方向及潜在驱动因子是什么？根际微生物组又如何与根功能属性协同作用，进而共同促进植物健康生长和地下资源获取效率？这些问题已成为植物营养学、根际生态学、土壤学和微生物学等多学科交叉创新的难点和热点（图1）。

近日，中国农业大学养分资源高效利用全国重点实验室、资源与环境学院、国家农业绿色发展研究院申建波教授课题组温智辉博士在Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Ecology & Evolution发表题为“Do rhizosphere microbiomes match root functional traits?”的观点文章，系统探讨了根际微生物与多维度根功能属性的互作机制。

论文第一作者为中国农业大学引进优秀人才温智辉副教授，责任作者为中国农业大学申建波教授。

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图1. 根际微生物为植物生长和地下养分资源获取提供了重要互补途径

文章指出，基于属性的方法（Trait-based approach）正日益成为揭示植物-微生物互作的重要工具，极大促进了我们对根际微生物组与根属性协同变异规律的理解。根际微生物显著拓展了根系的代谢能力和功能库，根系与根际微生物之间的良性互作为植物生长和地下养分资源获取提供了重要补充途径。然而，当前研究多注重单一或者少数根功能属性（如根分泌物），忽视了根属性之间的相互作用及其多维度特性。尤其重要的是，许多研究将“根属性影响微生物”与“微生物调控根属性”作为独立过程进行探讨，限制了人们对植物与微生物互惠适应机制的整体认识。为了深入理解其互作过程与机制，文章从生态与进化两个角度，系统论述了多维度根功能属性如何共同塑造根际微生物组，以及根际微生物如何反向调控根属性表达的研究进展，强调了根系-微生物互作的双向反馈调节机制（图2）。在此基础上，研究构建了一个新的理论框架，提出占据不同根属性空间的植物物种倾向于招募与其功能特征相匹配的根际微生物群落（图3）。最后，文章从根际微生物功能解析、微生物-微生物互作网络、作物育种与再野化（Rewilding）等方面，对未来根系-微生物互作的研究方向进行了展望，并提出了若干值得关注的关键科学问题与研究重点。

图2. 根际微生物与根功能属性互作的双向特性

在全球变化和农业绿色转型背景下，破解根系与微生物互作机制及其调控途径，已成为推动生态系统可持续发展和资源高效利用的关键科学问题。该研究观点深化了我们对植物根系与根际微生物协同进化及其动态互作机制的系统理解，进一步发展和完善了植物基因组和第二基因组（根际微生物组）互作的根际生命共同体理论，为挖掘和利用植物根系–微生物良性互作以推动农业绿色转型和可持续管理提供了新的研究视角和技术路径。

图3. 根际微生物与根功能属性协同进化的理论框架

论文作者介绍

温智辉

副教授

温智辉，中国农业大学资源与环境学院副教授，入选中国农业大学“优秀人才”计划。主要从事作物根际互作与养分高效利用、根系与微生物互作机制及根际养分调控等方面的研究。曾赴澳大利亚西澳大学和德国波恩大学开展合作研究，先后主持中国博士后科学基金国际交流计划派出项目及国家自然科学基金青年科学基金项目。多篇研究成果入选Web of Science高被引论文。

申建波

教授

申建波，中国农业大学资源与环境学院教授，国家农业绿色发展研究院副院长，国家杰出青年基金获得者。长期致力于植物根际营养与资源高效利用研究。主要包括根际营养与养分高效利用、植物-土壤相互作用、根分泌物与根系生理生态、根际养分调控与绿色智能肥料、作物系统可持续生产与农业绿色发展等研究。曾获国家自然科学奖二等奖、国家科技进步二等奖，发表SCI论文150余篇，出版《植物营养研究方法》国家精品教材，连续入选Clarivate Analytics “全球高被引科学家” (2019-2025)。

相关论文信息

相关研究发表在Cell Press细胞出版社

▌论文标题：

Do rhizosphere microbiomes match root functional traits?

▌论文网址：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169534725001867

▌DOI：

https://doi.org/10.1016/j.tree.2025.07.002

原标题：《申建波团队Trends in Ecology & Evolution观点 | 植物根际微生物组与根功能属性的共进化模式》

阅读原文

网址：申建波团队：植物根际微生物组与根功能属性的共进化模式 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/1368072

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