植物是如何進化出肉食性的?

2021-01-13 中國生物技術網

維納斯捕蠅草重組了自身現有基因，使其可以食肉。圖片來源：PASCAL GOETGHELUCK/MINDEN PICTURES

植物是如何進化出肉食性的？在1960年上映的一部美國恐怖電影——《恐怖小店》裡，只需要一滴人血。但在現實生活中，卻沒有這麼簡單。

現在，一項針對三種密切相關的食肉植物的研究表明，基因的巧妙重組幫助它們進化出捕捉和消化富含蛋白質食物的能力。

食肉植物已經進化出許多誘捕獵物的狡猾方法。例如，豬籠草使用富含酶的「陷阱」消化昆蟲，而維納斯捕蠅草、囊泡貉藻和匙葉茅膏菜則移動捕捉獵物。當可憐的獵物被抓住時，匙葉茅膏菜會捲起它充滿黏液的葉片，將獵物困於其中；而維納斯捕蠅草的上下葉片長有毛刺，昆蟲一旦多次觸碰，它們便會突然閉合，成為昆蟲的囚牢。

為了找出這些上述植物是如何進化出陷阱成為肉食性植物的，德國維爾茨堡大學計算與進化生物學家Jrg Schultz和植物生物學家Rainer Hedrich領導的研究小組對維納斯捕蠅草、囊泡貉藻和匙葉茅膏菜的基因組進行測序。然後，將其與其他9種植物的基因組進行比較，其中包括一種肉食性豬籠草植物、非食肉性甜根菜和木瓜屬植物。

研究小組近日在《當代生物學》報導稱，他們發現，在植物王國中，食肉植物進化的關鍵點是它們生活在大約6000萬年前的共同的祖先，如今的植物正是複製了這個祖先的完整基因組而能夠「吃肉」的。這種複製釋放了曾經用於植物根、葉、感覺系統檢測和消化獵物的基因。例如，食肉植物拷貝了幫助根部吸收營養的基因到葉片中，使其吸收被消化的獵物中的養分。

Hedrich和同事研究得出結論，食肉植物在上述三個物種的祖先中經過一次進化，在豬籠草中獨立進化過一次。這兩次新發現的進化起源加上其他已被記錄在案的起源，食肉植物已經至少進化了六次。

然而，紐約州立大學布法羅分校植物進化生物學家Victor Albert認為，Hedrich團隊沒有足夠的數據支持上述兩個新的起源，特別是因為一些捕食所必需的基因也存在於豬籠草和三種新測序植物的共同早期祖先中。他的團隊正在對另外兩種茅膏菜屬的植物進行測序，釐清上述問題。

但是，德州理工大學植物基因組學家Luis Herrera Estrellau很高興發現了與食肉植物有關的新基因。這有助於他和其他人研究人員研究基因是如何重組的，從而使其他植物「吃肉」成為可能。

Hedrich表示，事實上，似乎大多數植物已經擁有許多「食肉」必需的基因。「食肉之路似乎對所有植物開放。」

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.04.051

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