多组学揭示内生微生物参与毛竹（Phyllostachys edulis）枝芽生长的作用

几乎在你眼前生长的竹子

毛竹以在几周内迅速拔节而著称，有时一天能长近一米。园艺爱好者和城市规划者都青睐它的生长速度，但这种爆发式生长提出了一个难题：植物如何能如此迅速地构建大量活体组织？本研究将视角超出竹子自身的细胞与基因，关注生活在其内部的隐秘伙伴——寄居于根系与茎干中的微生物——并探讨这些微小住民如何助推这一巨型植物的生长冲刺。

竹子体内的隐形助手

与许多植物一样，毛竹体内充满了内生微生物，即在根、茎和幼嫩芽顶端安静生活且不致病的细菌和真菌。研究者追踪了这些内部群落在四个关键阶段从冬季休眠到春季快速生长的变化，并在植株的三个部位——芽顶、芽基和根——中进行了采样。通过DNA测序，他们发现微生物组合随组织类型和生长阶段发生显著变化。处于休眠期的枝芽，尤其是生长尖端，对微生物的选择性最强，仅允许少数耐受性强的微生物存留。随着竹子进入活跃生长期，微生物多样性增加，尤其是在根部，这暗示植物在向更多微生物伙伴“开放大门”。

微生物的“城市”与变迁的邻里

研究团队接着考察这些微生物之间的相互关系，绘制出倾向共同出现的物种的“社交网络”。在休眠期，芽顶形成了最复杂的网络，尽管其微生物种类相对较少。这一模式典型地出现在营养贫瘠且防御紧密的环境中，存活的物种必须强烈地合作或竞争以维持存在。相比之下，根系中的网络在休眠解除时最为复杂，随后随着生长加速而逐步简化，这表明早春是微生物群落为即将到来的生长季节重组的关键窗口期。

激素波动与微生物变化

鉴于植物激素充当生长的主开关，研究者在相同组织中测量了一组这些化学信号。他们发现随时间和沿枝芽长度存在显著的激素活动波动。促进细胞分裂与伸长的化合物在根部和芽顶于生长加速时达到高峰，而与胁迫相关的激素在休眠期相对较高。统计分析显示，根部的激素模式与细菌和真菌群落的变化密切相关。某些细菌群体——包括在其他作物中已知能促进根系生长的Paenibacillus——持续与与激素感知与响应有关的基因相关联，尤其是与生长调节素（生长素）相关的那些基因。

基因对微生物信号的响应

为了了解竹子自身如何回应这些内部伙伴，研究团队分析了四个阶段根部基因的开关变化。超过一万二千个基因的表达发生了变化，其中许多参与糖代谢、防御化学物质合成和激素信号传导。一组与生长素相关的基因在植物的内部网络中表现为关键枢纽。AUX/IAA基因家族在休眠解除时变得尤为活跃，这一时期根部同时充满了生长素前体和特定细菌。在发育后期，另一组响应生长素的基因家族SAUR基因的表达跃升，与细胞快速伸长、枝芽迅速上升的阶段相吻合。像Paenibacillus这样的微生物群体与这些基因家族表现出强烈的正相关，暗示微生物可能在推动植物激素系统朝快速生长方向调节。

微小住客如何帮助巨竹拔节

综合来看，结果支持一个简洁的图景：冬季时，毛竹对微生物保持严格控制；春天到来时，它放松防御，允许特定的内生微生物定殖于根与芽。这些微生物似乎影响或响应植物的激素信号，帮助植物从以防御为主的休眠模式切换到以细胞分裂与伸长为主的生长模式。尽管该研究在很大程度上为相关性研究，但它指向一种伙伴关系——内生微生物协助调节激素通路，从而使竹子实现非凡的生长速度。理解这种关系未来或可使农林业利用有益微生物来提升竹子及其他速生作物的生长与抗逆性。

引用: Zhao, A., Huang, M., Cheng, Y. et al. Multi-omics reveals the involvement of endophytes in the growth of Moso bamboo (Phyllostachys edulis) shoots. Commun Biol 9, 438 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-025-09436-3

关键词: 竹子生长, 植物微生物组, 内生微生物, 植物激素, 根系微生物