華南植物園揭示水玉簪屬植物與真菌伴侶的互作模式
菌根（mycorrhizae）是地球上最普遍存在的植物-真菌共生體系，在這一體系中，植物從真菌處獲得礦質(zhì)元素，作為回報，植物將光合作用固定的有機碳等回饋于真菌。這種共生關系被認為在植物從海洋拓展到陸地的過程中發(fā)揮了至關重要的作用，并隨后在植物的多樣性演化中也扮演了重要角色，成為研究植物-真菌互作的模式體系。自然界中有一大類植物寄生于光合自養(yǎng)植物與真菌形成的共生體系之上（第三方欺騙者），它們從菌根真菌獲取有機營養(yǎng)物質(zhì)但并不對真菌進行回報，以此形成了真菌異養(yǎng)（Mycoheterotrophy）的寄生生活方式。長期以來，研究人員以此類寄生植物為對象，持續(xù)開展其與真菌之間互作關系的研究，包括真菌異養(yǎng)植物的起源和進化；被寄生的真菌的種類、多樣性；植物-真菌之間的互作網(wǎng)絡關系等。然而，寄生植物與其真菌伴侶之間究竟存在怎樣的互作關系，即這些植物究竟以什么樣的模式選擇真菌始終是未解之謎。
中科院華南植物園植物中心趙中濤助理研究員在張奠湘研究員的指導下，與香港大學Richard M. K. Saunders教授和荷蘭生物多樣性中心Vincent S. F. T. Merckx博士團隊合作。以水玉簪屬植物為對象，揭示了真菌異養(yǎng)植物和菌根真菌之間的互作模式。研究團隊采集了國內(nèi)及東南亞分布的水玉簪屬中從光合自養(yǎng)、半異養(yǎng)到完全真菌異養(yǎng)（圖1）的十幾個種的居群樣品，以高通量測序的手段鑒定植物根內(nèi)的真菌群落并進行了多樣性分析，發(fā)現(xiàn)完全真菌異養(yǎng)的植物種對真菌組成有特殊偏好性。這種偏好性表現(xiàn)出植物種內(nèi)居群間的穩(wěn)定性，并在不同植物種間存在差異（圖2），表明全真菌異養(yǎng)植物選擇目標真菌并非“就地招募”。與之相較，光合自養(yǎng)種沒有這種偏好性，而半自養(yǎng)種僅表現(xiàn)出居群內(nèi)偏好性，暗示著全真菌異養(yǎng)植物對真菌的這種偏好性可能是逐漸進化而來。
全真菌異養(yǎng)植物為什么會產(chǎn)生對真菌的偏好性？該研究認為，這種偏好性有利于植物個體高效地從真菌處獲得養(yǎng)分，以滿足其快速生長發(fā)育的營養(yǎng)需求，同時又盡可能避免過度依賴特定真菌從而限制其傳播分布，因而是植物在真菌特異性和多樣性之間的一種平衡策略。研究還發(fā)現(xiàn)，一直以來備受期待的植物-真菌協(xié)同進化并沒有發(fā)生在真菌異養(yǎng)植物和其關聯(lián)的真菌之中（圖3）。
相關研究成果已近期在線發(fā)表在國際微生物生態(tài)學頂級期刊The ISME Journal（《ISME雜志》）上。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41396-020-00874-x
圖1. 光合自養(yǎng)、半異養(yǎng)到完全真菌異養(yǎng)的水玉簪屬植物。
圖2. 完全真菌異養(yǎng)的植物種對真菌組成有特殊偏好性。
圖3. 植物-真菌協(xié)同進化。
