aBIOTECH | 荷兰阿姆斯特丹大学Harro Bouwmeester教授与合作者综述植物异戊类化合物在根际化学互作中的作用

随着世界人口扩张，农业已成为全球不可再生资源最大的消费者之一。农业生产中无节制地使用化学农药和化肥等，会带来环境污染和气候变化。深入研究植物与根际生物之间的相互作用关系，有助于促进二者之间有益关系的形成，同时有效抑制其有害关系的发展。合理应用这些规律，还有望降低农业生产成本、减少环境污染。

近日，荷兰阿姆斯特丹大学Harro Bouwmeester教授团队联合美国加州大学戴维斯分校Philipp Zerbe教授、爱荷华州立大学Reuben J. Peters教授在aBIOTECH 发表了题为“The role of isoprenoids in the chemical interaction between plants and other organisms in their rhizosphere”的综述论文。该论文系统综述了植物通过异戊类化合物（isoprenoids）这一庞大而多样的代谢物家族，如何调控其与根际微生物、病原菌、线虫、寄生植物等多类生物的复杂化学互作。

异戊类化合物包括单萜、倍半萜、二萜、三萜、四萜、类胡萝卜素及其衍生物、赤霉素等多个子类，广泛存在于植物根系分泌物中。它们不仅能直接抑制土壤中的有害生物，如真菌、昆虫和线虫，还在招募有益微生物（如丛枝菌根真菌、固氮根瘤菌）方面发挥信号作用，是植物“对话土壤生物圈”的化学语言。文章通过大量研究案例展示了玉米（图1）、水稻（图2）、番茄（图3）、大麦、苜蓿等作物中不同异戊类代谢通路的功能与生态意义。

图1. 土壤中玉米与其他生物的化学互作

特别值得关注的是，这类信号分子常具有“双面性”。例如，某些信号原本用于招募共生微生物，却被寄生植物或线虫“劫持”为识别宿主的信号；而有些防御化合物虽然能增强抗病性，却也可能影响与有益微生物的共生关系。这种化学通讯系统体现了植物在进化过程中对“信息精度”和“生存权衡”的高度调控。

图2. 土壤中水稻与其他生物的化学互作

文章还指出，现代高投入农业体系依赖外源化肥和农药，削弱了植物对根际微生物的天然依赖，部分作物甚至已丧失调控根际信号的能力。而随着代谢组学、合成生物学与微生物组研究的快速发展，科学家有望通过基因编辑、品种选择或生物刺激剂手段，精准调控植物异戊类信号，从而优化微生物群落、增强作物韧性、减少农业依赖外投入，推动绿色转型。

图3. 土壤中番茄与其他生物的化学互作

本文为植物化学生态、天然产物功能解析与根际生物学研究提供了丰富的理论框架和实践启发，也为未来实现“作物-微生物系统设计”奠定了代谢基础。

引用本文：

Bouwmeester, H., Zerbe, P., Peters, R.J. et al. The role of isoprenoids in the chemical interaction between plants and other organisms in their rhizosphere. aBIOTECH (2025). https://doi.org/10.1007/s42994-025-00225-4

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