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。

北大-清华开云手机网页登录页面、北京大学生命科学学院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发表在Cell 的研究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。

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。

图1 低磷条件下植物与不动杆菌互利共生关系的建立

该研究首次发现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全新视角，也为生物磷肥的研发提供了优良的菌株资源。

邮箱：

ybai@pku.edu.cn

实验室主页：

https://bailab.com.cn

研究方向：

白洋实验室致力于研究微生物组与宿主的良性互作机制，重点关注非模式微生物。这些非模式微生物在微生物组中占据绝大多数，与宿主形成良性互作关系，对宿主的生长与健康至关重要。然而，我们对他们的了解非常有限。实验室的研究方向主要包括：

研究方向一：运用微生物组学数据分析、微生物高通量培养和分子遗传学技术，探索根际微生物组对水稻、拟南芥等植物生长与健康所起的作用，以及其潜在的分子机制。

研究方向二：基于微生物基因组和宏基因组资源，高效挖掘微生物中尚未被发现的暗物质，探索全新的生物学过程及其在实际应用中的潜力。

研究方向三：结合微生物分子遗传学和生物信息学等方法，开发推动微生物组领域发展的关键技术。