基因組所揭示「一分鐘長一英裡雜草」的快速生長機制

1月17日，《Nature Communication》在線發表中國農科院基因組所萬方浩、錢萬強和樊偉團隊題為「Mikania micrantha genome provides insights into the molecular mechanism of rapid growth」的研究論文。該研究從多個角度揭示了薇甘菊在全球入侵過程中的環境適應性進化和快速生長的分子機制。該成果由基因組所主持，聯合華南師範大學、華南農業大學、深圳市仙湖植物園等單位共同完成，為有效防治和管控薇甘菊進一步入侵提供了理論依據。

薇甘菊，名字甜美、模樣清新。可殊不知，它卻是外來入侵的「瘋狂」植物殺手，又叫「一分鐘一英裡雜草」，生長速度快，以「死亡纏繞」為殺手鐧，可匍匐變身「地毯」，也可順藤蔓形成覆蓋，給其他植物和生態造成危害。薇甘菊原產於中美洲和南美洲，隨後入侵到東南亞、南太平洋的多個國家（圖1），已被列為世界上最有害的100種外來入侵物種之一。薇甘菊是我國首批外來入侵物種之一，現在已擴散到廣東、廣西、雲南、海南等地並發生大規模危害，對農林生產、生態環境與生物多樣性造成巨大的經濟損失與嚴重的生物安全威脅，據統計，僅珠三角地區每年因為薇甘菊的泛濫造成的生態經濟損失就近10億元。其中，深圳是國內受薇甘菊侵害的「重災區」，受害面積超過2700公頃，尤其在山區、森林、水庫周圍等生態敏感區，薇甘菊危害更為嚴重，如不嚴加防控還有迅速擴大趨勢。然而，當前對於薇甘菊的防治措施主要還是人工/機械清除和化學防治，人工/機械清除費財費力，化學防治專一性不強，對生物多樣性、生態環境帶來嚴重威脅。

圖1 薇甘菊危害及全球分布圖

為從根本上解析薇甘菊快速生長和入侵的機制，研究團隊構建了染色體水平的高質量薇甘菊參考基因組，利用比較基因組學、代謝組學、轉錄組學和土壤宏基因組學技術，從薇甘菊的光合作用、化感物質、與土壤微生物作用等幾方面揭示了其快速生長和環境適應的分子機制。研究發現，薇甘菊屬於C3植物，但可在白天和夜晚分別利用不同的光合途徑進行CO2的固定，使其淨光合速率接近於C4植物，充足的碳水化物導致了它的快速生長特性。同時，薇甘菊還可以通過自身的化感物質有效地富集固氮菌和氨化細菌，加速了根際土壤的養分循環，為其快速的生長提供充足養分（圖2）。

圖2 薇甘菊快速生長的分子機制

該成果系統地揭示了入侵植物薇甘菊快速生長和入侵過程中的環境適應性進化機制，對於下一步從分子水平開展精準靶向防控提供了理論依據，對於利用基因組學技術開展入侵生物的防治提供了參考，為保障中國特色社會主義先行示範區、粵港澳大灣區的生態環境可持續發展提供了決策依據和技術支撐。

該項目得到了國家重點研發項目、深圳市科創項目、城管局科研項目支持。

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