基于土壤健康與氣候韌性是全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的核心問(wèn)題，華南植物園魯顯楷研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表綜述文章，提出把根際工程作為應(yīng)對(duì)全球變化下糧食系統(tǒng)多重挑戰(zhàn)的解決方案。

傳統(tǒng)的單一農(nóng)業(yè)種植模式依賴大量化肥和殺蟲(chóng)劑的投入導(dǎo)致土壤質(zhì)量和微生物多樣性降低，最終損害長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。相比之下，根際工程通過(guò)整合植物遺傳學(xué)、微生物群落調(diào)控和核酸技術(shù)創(chuàng)新(包括基因編輯與合成生物學(xué))來(lái)重構(gòu)植物-微生物-土壤相互作用，提供了一種變革性的解決方案。該方案有助于養(yǎng)分獲取、碳固存、病原體抑制和污染物去除。

該綜述通過(guò)對(duì)比自然根際與工程化根際特征，并融合跨學(xué)科的見(jiàn)解，揭示了同時(shí)改造根系性狀與微生物群落的實(shí)踐潛力(圖1)。通過(guò)優(yōu)化互作，根際工程可支撐有彈性的作物系統(tǒng)，使其能夠應(yīng)對(duì)CO?濃度升高、氮沉降、氣溫上升及降水異常等氣候脅迫因子(圖2)。這一集成框架可同步實(shí)現(xiàn)作物生產(chǎn)力提升、植物保護(hù)強(qiáng)化及環(huán)境修復(fù)優(yōu)化，為糧食安全與生態(tài)可持續(xù)性提供了一條可拓展的途徑。該論文的一個(gè)關(guān)鍵結(jié)論是，當(dāng)微生物技術(shù)創(chuàng)新與宿主植物基因型優(yōu)化相結(jié)合時(shí)，根基工程可以顯著增強(qiáng)養(yǎng)分循環(huán)和碳固存，特別是在退化和氣候敏感的土壤中。文章強(qiáng)調(diào)，基于CRISPR基因編輯、RNA干擾及宏基因組引導(dǎo)工程等核酸技術(shù)手段，可實(shí)現(xiàn)對(duì)根際功能的精準(zhǔn)調(diào)控，為作物可持續(xù)改良開(kāi)辟新路徑。此外，該研究呼吁決策和研究機(jī)構(gòu)優(yōu)先支持以下關(guān)鍵領(lǐng)域：開(kāi)展田間尺度技術(shù)驗(yàn)證、制定生物安全規(guī)程以及將根際設(shè)計(jì)理念融入更廣泛的農(nóng)業(yè)生態(tài)實(shí)踐。

總而言之，該研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)未來(lái)發(fā)展應(yīng)超越傳統(tǒng)投入密集型的農(nóng)業(yè)模式，轉(zhuǎn)向基于生態(tài)原理與分子創(chuàng)新的生物智能系統(tǒng)。根際工程的提出不僅是在概念上有突破性進(jìn)展，更為應(yīng)對(duì)21世紀(jì)農(nóng)業(yè)面臨的諸多挑戰(zhàn)提供了一種可應(yīng)用可推廣的解決方案。

相關(guān)研究結(jié)果以“Advancing crop resilience through nucleic acid innovations: rhizosphere engineering for food security and climate adaptation”為題，近期發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊International Journal of Biological Macromolecules(《國(guó)際生物大分子雜志》)(IF2024=8.5)上。中國(guó)科學(xué)院華南植物園為第一和通訊單位，魯顯楷研究員為通訊作者，在站博士后Qudsia Saeed 和Adnan Mustafa為共同第一作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.143194

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圖1. 根際工程優(yōu)化植物-微生物-土壤交互界面示意圖

圖2. 氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵生物地球化學(xué)過(guò)程的影響，以及根際工程在?緩解土壤-植物-環(huán)境系統(tǒng)沖擊?中的作用機(jī)制