生物腐烂是生态系统养分循环的关键过程，但腐烂区域同时也是病原微生物高度活跃、可能对活体植物造成侵害的“危险区”。动物通常会主动远离腐烂物以减少感染风险，而跑不掉的植物如何应对来避免感染？

西北农林科技大学生命科学学院青年科学家张余周教授团队为这一问题提交了答案：首次发现植物根系能主动绕开植物腐烂造成的病原微生物富集区。北京时间7月10日，国际学术期刊《科学》（Science）在线发表了团队题为《根系通过感知局部pH梯度绕开腐败区域》的研究成果。系统揭示一种全新定义的向性运动—— “避腐性”（Saprotropism），并揭示了该向性生长的分子机理，为理解植物—微生物—土壤互作开辟了新视角。

植物根系是吸收水分和养分的重要器官，植物的向光性、向重力性等向性生长行为，帮助植物实现趋利避害。然而，除了物理与化学环境信号，植物根系是否能够感知并主动对植物腐烂区高度活跃的有害病原微生物做出向性应答，此前还是一项重要的学术空白。团队发现，当植物根系直接接触腐烂植物组织时，根生长迅速受到抑制甚至停止，与生物胁迫、病原防御和免疫响应相关的基因被显著激活。进一步研究发现，面对局部腐败区域，植物根会主动偏离重力方向，向绕开植物腐烂物的方向弯曲生长。这种现象在拟南芥、油菜、番茄和小麦等单双子叶中广泛存在。“有趣的是，根仅对植物腐烂物产生回避，对动物腐烂物无避性生长。”张余周教授介绍，这暗示动物腐烂物可能对植物根系不会产生伤害。据此，团队将这一“逃跑”现象命名为 “避腐性” ，以此定义这一鉴定到的新向性生长类型。

研究进一步破解了植物“闻”到植物腐败区信号的关键密码。植物腐烂过程中可向周围土壤或培养基释放大量有机酸和酚酸，形成稳定的局部酸性微环境，且该pH梯度不受降雨等环境因素干扰，是引导根系躲避腐败区的核心方向信号。在机制层面，团队发现定殖于植物腐烂物上的真菌释放酸性代谢物,根表皮细胞通过感知相关信号后，并将其转化为植物体内脱落酸（ABA）的不对称分布，进而调控微管重排和表皮细胞的手性扭转，最终驱动根定向弯曲、远离腐败区域。该机制不依赖经典的生长素调控模型，拓展了人们对植物向性调控网络的理解。

工作中的张余周教授

《科学》杂志的审稿人评价，“这是植物根系向性生长领域的一项开创性工作”。研究揭示了一种全新的根系与土壤微生物的对话模式，为精准农业提供了新思路——从“被动治疗”转向“主动预防”:一方面，为秸秆还田等栽培措施提供理论指导，通过合理还田方式为根系留出避让空间；另一方面，为育种提供新靶点，未来可通过基因编辑等手段培育根系“避腐”能力更强的“智慧型”作物品种，可实现抗病性的“先发制人”，从源头预防未腐熟秸秆对作物产生的“烧苗”和烂根病的发生。

西北农林科技大学生命科学学院博士后珠拉太和博士生王慧慧为该论文的共同第一作者，张余周教授为该论文的独立通讯作者。西北农林科技大学生命学院青年教授张艾、博士后范妮、硕士研究生高茹茜和谷雯、奥地利科学技术研究所Jiří Friml教授也参与该项研究工作。研究得到了教育部基础学科与交叉学科突破计划、国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw6568