英国牛津大学宣称，该校与剑桥大学研究人员合作，利用合成生物学技术，设计出了植物与其根际细菌之间的分子信号通路，这一合成信号系统有助于小麦和玉米等非豆类作物成功固氮，对利用增强根系微生物群来改善营养不良土壤的作物产量以及减少大田化肥使用量有着巨大应用前景。研究成果发表在近日出版的《自然通讯》杂志上。

植物通过发出化学信号来吸引或抑制特定微生物，影响其根际微生物群。研究人员通过对谷类植物进行改造，使其产生一种信号，可以与其根系周围细菌交流并加以控制，使它们能够利用这些细菌来促进生长，包括提高固氮能力。

研究第一作者、牛津大学植物科学系格迪斯博士介绍：“我们选取了一组细菌在豆科根瘤中产生的化合物，称为根状茎(rhizopines)。首先，我们必须发现产生根状茎的天然生物合成路径，然后设计一个更容易转移到其他植物上的合成途径，将合成的信号传导途径转移到包括谷物在内的许多植物上，并设计出根际细菌对根状茎的反应。”

主要研究人员、剑桥大学塞恩斯伯里实验室的帕拉马斯凡博士解释说，他们测量了大麦的根和根围细菌之间的通信信号，发现大多数菌落之间都存在明显的通信。这意味着他们有可能利用这种跨界信号通路，激活根系周围的微生物群来固定氮，以及其他促进植物生长需要的功能，如生产抗生素、激素或溶解土壤养分。

他说：“这种合成信号通路的一个重要优点是，只有被设计成产生这种信号的特定作物才会受益。这意味着，与目标作物一样从化肥应用中受益的杂草，将不会从植物和微生物之间的关联中受益。”

研究人员称，将进一步对植物如何控制根围细菌的关键过程，如固氮、磷酸盐溶解和促进植物生长等开展研究，这些研究将为谷物控制细菌微生物群及其多样化代谢打开大门。