研究核心发现 - 首次精准揭示植物根系引导微生物在其表面有规律空间分布的奥秘，绘制出根系微生物的“定居地图”[1][3] - 发现根系凯氏带结构出现“缺口”时，会造成根系内部的氨基酸等营养物质向外泄漏，其中以谷氨酰胺分子为主[3] - 微生物能感知营养物质并产生“趋化作用”，根部泄漏的谷氨酰胺能吸引微生物趋化，显著调控其繁殖行为[3] - 凯氏带屏障通过打开缺口来“招募”共生菌，以促进植物生长，并防止营养物质随意泄漏以控制病原微生物过量繁殖，维持根际微生物群健康平衡[3][4] 研究应用意义 - 研究提示可通过设计氨基酸类微生物肥料，精准引导有益菌群定植，显著提高作物养分吸收效率和抗逆能力[5] 研究合作与背景 - 研究由中国科学院分子植物科学卓越创新中心周峰研究团队与瑞士洛桑大学科研人员合作完成，论文作为封面文章发表于《科学》期刊[1][8] - 研究始于周峰在瑞士洛桑大学尼科·格尔德纳教授实验室进行博士后研究时获得的初步发现，突破性发现得益于两国实验室的紧密协作[8] - 研究从2020年启动，历时5年拍摄了几千张照片，首次在微观细胞学水平阐明植物营养物质如何驱动根系微生物空间定植[7][8]

研究核心发现 - 植物内皮层凯氏带通过限制谷氨酰胺等养分向根际的渗漏，调控根际细菌的空间定殖模式[2][3] - 来源于维管组织的局部谷氨酰胺泄漏是细菌的主要趋化吸引物和增殖促进剂，定义了一条此前未知的根系分泌物形成途径[3] - 短暂的内皮层代谢物泄漏代表植物-微生物相互作用的第三种机制，为微生物群落的"播种"创造了空间受限的代谢生态位[11] 研究机制与实验证据 - 氨基酸化学感知缺陷型细菌对谷氨酰胺泄漏位点的吸引力显著减弱，而凯氏带缺陷型根系出现细菌过度增殖，该效应取决于细菌对氨基酸的代谢能力[3] - 研究团队通过植物和共生模式菌株Pseudomonas protegens CHA0的基因操作证明，细菌对谷氨酰胺表现出强烈趋化性，并能将其用作碳源促进增殖[9] - 在复杂合成群落中，细菌丰度对长期内皮层泄漏的响应变化，部分可由细菌利用谷氨酰胺作为碳源的能力解释[9] 技术方法与观测尺度 - 共聚焦显微镜图像显示细菌聚集在侧根周围，谷氨酰胺诱导型生物传感器能揭示距离小至10微米的细菌代谢状态差异[7] - 该研究强调需要在低微米级别空间尺度上进行观察，因为对代谢物的竞争与合作通常发生在此尺度范围内[11] - 通过结合植物发育生物学与高分辨率微生物定殖研究，阐明了局部渗出物泄漏在快速发育的根系界面塑造微生物群落的关键作用[11]