根际微生物如何帮助植物应对“遮荫焦虑”

摘要：在自然环境中，植物常因周围植被遮挡光线而触发“避荫反应”（Shade Avoidance Syndrome, SAS）。植物会通过茎秆伸长、叶片变薄等方式争夺光照，但这种“求生模式”会削弱其免疫力，降低作物产量。随着全球人口增长和耕地减少，提高种植密度成为农业

在自然环境中，植物常因周围植被遮挡光线而触发“避荫反应”（Shade Avoidance Syndrome, SAS）。植物会通过茎秆伸长、叶片变薄等方式争夺光照，但这种“求生模式”会削弱其免疫力，降低作物产量。随着全球人口增长和耕地减少，提高种植密度成为农业增产的关键，但密植加剧了植物间的遮荫竞争。如何在不牺牲植物健康的前提下实现密植增产，是现代农业的重要挑战。

根际微生物缓解拟南芥的避荫反应

此前研究多关注植物自身基因如何调控避荫反应，但植物根系与土壤微生物的互动是否影响这一过程尚不明确。本研究提出核心问题：根际微生物能否帮助植物缓解遮荫压力，平衡生长与防御？

微生物筛选：
在自然土壤与灭菌土壤中种植拟南芥，发现自然土壤中的植物遮荫反应更弱。通过筛选30种根际微生物，最终锁定5种关键菌株（如荧光假单胞菌P. fluorescens和Root918），它们显著抑制了植物茎秆过度伸长。分子机制解析：基因调控：这些微生物通过降低遮荫响应基因（如PIL1、PIF4）的表达，同时增强抗病相关基因（如茉莉酸JA、水杨酸SA通路基因）的活性。激素平衡：遮荫会减少植物体内的茉莉酸含量，而微生物能恢复其水平，增强植物抗逆性。信号通路：植物细胞膜上的免疫受体FLS2/BAK1感知微生物信号，通过转录因子MYC2、PIFs和HY5调控避荫反应（图1）。关键实验：利用荧光标记技术追踪微生物在根系的定殖，发现遮荫环境反而促进微生物富集。在突变体植物（如缺失FLS2、MYC2的植株）中，微生物的缓解作用消失，验证了信号通路的必要性。