文章内容

白洋和团队成员在实验室白洋

仓廪实，天下安。一直以来，粮食安全都是国之大者。其中，水稻作为全球近半数人口的主粮作物，产量直接影响粮食安全，而分蘖数是决定水稻产量的核心农艺性状，受遗传和多种环境因子调控。长期以来，根际微生物群落是否参与调控分蘖形成及其分子机制，一直是学界未解之谜。阐明这一问题，将为微生物农业应用及作物绿色增产提供革命性突破。

2025 年4月，北京大学生命科学学院白洋团队和合作者，在《细胞》发表重磅研究成果，首次系统揭示了根际微生物组调控水稻分蘖的功能与分子机制，成为植物-根际微生物互作研究的教科书级范例。该研究充分延续了白洋团队2025年3月在《细胞》发表的全球首个作物根际微生物基因组数据库的成果，进一步利用丰富的菌种资源挖掘调控水稻分蘖的重要菌株。两项研究形成一个“数据挖掘-功能机制解析”的完整闭环，标志着植物微生物组研究从描述性科学迈向功能机制解析与工程化应用的新纪元，为作物增产与粮食安全提供了突破性科技支撑。

仅仅相隔一月余，便有两项重量级成果先后问世，白洋及其团队的成就引得业界惊叹。而白洋又带领团队埋首于新的培养皿中，因为他坚信，在那里，一场颠覆性的绿色革命正悄然孕育。

一场跨越6年的马拉松

2019年，白洋和5个顶尖科研团队联合攻关，组建了一个覆盖微生物学、作物遗传学、天然产物化学的攻关联盟，开始了对根际微生物群落是否参与调控分蘖形成及其分子机制的探索。

研究团队在广东的两块试验田内布下了“天罗地网”：他们对 182 种水稻进行了重复种植，便得到了 1000 余个样本构成的庞大数据矩阵。基于这 182 个水稻品种的基因组数据，团队通过分蘖表型与根际微生物组数据的关联分析，惊喜地发现根际微生物组对分蘖数变异具有显著的解释力（28.2%），且根际微生物组与基因型的互作效应占基因型总解释量的 79.9%，这一结论令团队众人欣喜不已。不仅如此，在两个独立试验田环境中，团队鉴定出 12 个与分蘖数显著相关的细菌菌属：7 个正相关菌属和5个负相关菌属。

在传统认知中，水稻分蘖的性状主要受水稻自身基因调控。然而，白洋团队通过近 2000 个样本的田间观察发现，即使基因型相同的水稻，在农田中的分蘖性状也会出现远超自然变异的显著波动。也就是说，除了基因，水稻的“日常饮食”以及与水稻朝夕相处的“微生物小伙伴”，在其中扮演着重要角色。

通过研究，团队发现并证实了特定的根系微生物（如微小杆菌属）能够显著影响水稻的分蘖能力。再结合微生物组学提供的宏观框架（确认微生物参与）和化学生物学提供的突破口（锁定微生物分泌的功能物质及其在水稻中的受体蛋白），他们不仅明确了微生物的参与，更在分子层面揭示了其作用机制。

在长达 6 年的研究时间里，团队成员始终秉持严谨求实的工作原则，在该研究领域内首创了“田间大数据筛选”到“实验室机理深挖”到“结构层面解析”到“田间应用验证”的闭环研究范式，为未来农业微生物研究提供了新思路。研究的成功，证明了在不改变作物基因的前提下，通过调控微生物来改善作物性状的可行性，这为绿色农业开辟了新途径。如今，看着试验田里金黄的稻浪，白洋的思绪已然飞向更广袤的田地——如何推动成果落地进而产生社会价值。

一份始终如一的热爱

这一成果的取得离不开白洋长久以来在根际微生物领域的积累和探索。今年 3 月，白洋团队建立的作物根际微生物组数据库（CRBC/CRVC）正式公布，数据库收录了 6699 个细菌基因组和 9736 个病毒基因组，将已知微生物物种数扩展近 3倍。

数据库里，这些肉眼难辨的微生物，其实藏着解决全球粮食安全以及绿色农业发展的生命密码。白洋解释称，植物根际是招募周围土壤中各种微生物的核心区域。这些微生物定植在根的表面和内部，共同构成根际微生物群落，深刻影响宿主植物，特别是农作物的生长和健康。而数据库的建立，能够进一步推动作物根际微生物组研究向机制性、基因组层面的研究进展，并最终促进绿色农业的发展。

作为中国最早涉足根际微生物学研究的学者之一，白洋在这一领域其实算是“半路出家”。做博后时，白洋受其爱人的导师启发，敏锐地洞察到刚刚兴起的微生物组学研究有着广阔的发展空间，毅然从植物学研究转向了微生物组学的研究。经过几年的不懈努力，他突破了“根际微生物中可培养比例不足 1%”的传统认知，建立了根际微生物的高通量分离培养体系，成功培养了模式植物拟南芥根际中60%以上的细菌种类。这一工作使根际菌群的功能研究成为可能，为微生物组领域从基于测序的描述性研究迈向功能与机制解析奠定了坚实基础。

2016 年，白洋带着在微生物组学领域的积累和满腔热情，回国发展，先后在中科院和北京大学工作。来到北大后，他持续深耕于根际微生物的相关研究，致力于发现微生物在植物生长和健康中的新功能，并期望将研究拓展至真菌、病毒等更多微生物类群的研究。

一路走来，白洋的科研之路充满挑战，但他内心深处对科研价值的认同、对解决问题的热情以及“为科学工作”的强大内驱力，让他每每在困难面前，愈战愈勇。从植物学到微生物组学，从实验室走向广袤的田间地头，白洋探索生命奥秘、服务国家需求的初心始终如一。

白洋笃定着，那些潜藏在植物根系周围的微小生命，蕴藏着保障未来粮食安全、实现绿色农业的巨大潜能。未来，他将带领团队继续在这条充满挑战与希望的道路上阔步前行，“接下来希望能把研究成果进一步产业化。作为科研工作者，让科研成果惠及社会和大众，本就是我们的责任。”