研究人員發現了一種基因突變，它能促進植物與土壤微生物的合作，提高養分吸收率，減少對化學肥料的依賴。 這項發現提高了作物的抗逆性和效率，從而推動了永續農業的發展。

一種生物機制使植物根系更適合微生物生長。約翰-英納斯中心（John Innes Centre）的研究人員發現了一種生物機制，它能幫助植物根係為土壤中的有益微生物創造更有利的環境。 這項突破有望減少對合成肥料的需求，從而促進更永續的耕作方式。

目前，大多數主要作物都依賴硝酸鹽和磷酸鹽肥料，但過度使用化學肥料會對環境造成有害影響。 透過利用植物根系和土壤微生物之間的天然互利關係來提高養分吸收率，或許可以大幅減少無機肥料的使用。

Myriam Charpentier 博士研究小組的研究人員在豆科植物Medicago truncatula 中發現了一種基因突變，這種基因突變重新編程了植物的信號能力，從而加強了植物與被稱為根瘤菌的固氮細菌和為根部提供磷的叢枝菌根真菌（AMF）之間的合作關係。

叢枝菌根真菌與植物根系的關聯。 資料來源：埃德蒙-布里奇

這種夥伴關係被稱為共生（endosymbiosis），即一種生物存在於另一種生物之中，它使豆科植物能夠透過微生物從土壤中汲取養分，以換取糖分。

在農業中廣泛使用內共生夥伴關係的一個障礙是，內共生夥伴關係優先出現在養分貧乏的土壤中，這與集約化耕作的條件相衝突。

發表在Nature上的這項研究中，實驗表明，鈣訊號通路中的基因突變會增強農業條件下的內共生作用。令人興奮的是，研究團隊利用遺傳方法證明，小麥中相同的基因突變也能增強固氮菌和AMF在田間條件下的定殖。

長期以來，包括穀物和豆類在內的主要作物都希望利用增強的內共生夥伴關係作為無機肥料的天然替代品。

“我們的發現為推動永續農業發展帶來了巨大潛力。我們發現的突變能增強農耕條件下的內共生能力，這既出乎意料又令人興奮，因為它提供了利用內共生體實現可持續作物生產的潛力，同時減少了無機肥料的使用，」Charpentier 博士說。 “這項發現為鈣訊號傳導研究做出了廣泛貢獻，同時也為更永續地生產具有重要經濟價值的作物提供了過渡解決方案。”

Charpentier研究小組先前的研究表明，根細胞核中的鈣訊號對根系與有益固氮菌和AMF建立內共生關係至關重要。這項研究解碼了這個關鍵訊號機制，展示了鈣振盪如何調節被稱為類黃酮的化合物的產生，從而增強內共生作用。

“我們的發現強調了基礎科學在應對社會挑戰方面的重要性，」Charpentier 博士總結道。

根內共生對植物非常有益，能提高植物的養分吸收能力和抗逆性。 現在越來越需要開發高產量、抗病的作物，並減少化肥用量，以保護環境和降低農民的成本。透過改進與共生微生物的結合，將抗病性和氣候適應性與高效養分吸收相結合，是實現這一目標的關鍵因素。

編譯自/ ScitechDaily