铁元素（Fe）是植物生长发育所必需的微量元素。然而，在全球广泛分布的碱性或石灰性土壤中，铁主要以极难溶解的三价铁氧化物形式存在，导致作物极易发生“缺铁黄化症”，严重影响产量和品质。为了应对这一挑战，非禾本科植物（如拟南芥）进化出了“策略 I”取铁机制，其中根系特异性代谢物（Root Specialized Metabolites），儿茶酚型香豆素（Catecholic Coumarins）发挥了至关重要作用。它们被分泌到根际后，强力螯合并活化不溶性铁。然而，这些根系特异性代谢物在根际微环境中的动态命运，以及它们与根际微生物组的互作规律，此前尚不完全明确。

 

    为了系统探究根系代谢变化如何影响微生物组的组装及功能，研究团队对4条特异性代谢通路受阻的16种拟南芥突变体进行了系统筛选，并将其种植于碱性自然土壤中，全面剖析其生长表型、根系代谢组和根际微生物组。

 

    研究发现，木质素合成缺陷突变体cse-2在碱性缺铁土壤中表现出严重的生长受阻和黄化表型。代谢组分析显示，其根系中有生物活性的香豆素大幅减少，但令人意外的是，一些芳香族糖苷类物质却显著增加。与此同时，微生物组测序显示，cse-2的根际特异性富集了大量具有芳香族化合物降解能力的放线菌门（Actinobacteria）和假单胞菌门（Pseudomonadota）细菌。研究团队利用人工合成菌群（SynCom）与根系渗出物进行共孵育，证实微生物的“去糖苷化作用（Deglycosylation）”是根际代谢物动态转化的核心驱动力。通过进一步的生化与功能筛选，研究人员在富集的微生物中鉴定到了一种关键的分泌型β-葡萄糖苷酶，它能够定向、高效地水解植物分泌的香豆素糖苷，水解其糖苷键，将其转化为具有高效螯合铁能力的活性配基。为了验证这一机制在生物体内的抗逆功效，研究团队将该β-葡萄糖苷酶基因异源表达于根际益生菌Pseudomonas simiae WCS417r中。在缺铁培养基上，接种了该工程菌的拟南芥cse-2，其叶绿素含量显著回升，缺铁症状得到有效缓解。

 

    本研究明确提出了“植物-微生物代谢动态重塑（Dynamic Remodeling）”的概念，阐明了微生物能够主动对植物代谢产物进行“二次加工”以反馈并反哺植物健康的生态学模型。为改良碱性土壤中作物铁吸收效率提供了新思路，对开发功能性根际微生物菌剂、培育高效抗逆作物具有重要的参考价值。

 

    相关研究成果以Dynamic Remodeling of Root Specialized Metabolites by Rhizobacterial β-Glucosidase Promotes Plant Iron Uptake为题，在线发表于Molecular Plant杂志（DOI:10.1016/j.molp.2026.05.019）。王国栋研究员与白洋研究员为共同通讯作者，助理研究员王啸晨为论文第一作者。徐鑫丹、王学梅、陈庆文博士，博士研究生蒋鹏，中国科学院分子植物卓越中心高级实验师王亚玲为论文的共同作者。研究同时得到了中国科学院分子植物卓越中心晁代印研究员、深圳先进院赵乔研究员、南京土壤研究所潘喜才研究员等多家合作团队的鼎力参与。该研究得到了国家自然科学基金、教育部基础学科与交叉学科突破计划、科技部重点研发计划等项目资助。

cse缺失突变体通过释放木质素单体和香豆素生物合成途径上游的代谢产物来招募根系微生物。

这些细菌能够从糖基化的儿茶酚型香豆素上切下糖基部分，从而提高根系周围儿茶酚型

fraxetin的浓度，并在碱性土壤中螯合三价铁。绿色圆点符号表示根际细菌对香豆素糖苷的酶

促切割，从而释放具有生物活性的苷元。