植物-真菌互作新發現:華南植物園最新研究揭示水玉簪屬植物與真菌伴侶的互作模式

2021-02-22 BRP CAS

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元素，作為回報，植物將光合作用固定的有機碳等回饋於真菌。這種共生關係被認為在植物從海洋拓展到陸地的過程中發揮了至關重要的作用，並隨後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於光合自養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物質但並不對真菌進行回報，以此形成了真菌異養（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，持續開展其與真菌之間互作關係的研究，包括真菌異養植物的起源和進化；被寄生的真菌的種類、多樣性；植物-真菌之間的互作網絡關係等。然而，寄生植物與其真菌伴侶之間究竟存在怎樣的互作關係，即這些植物究竟以什麼樣的模式選擇真菌始終是未解之謎。

近日，我園植物中心張奠湘課題組在微生物生態學頂級期刊The ISME Journal 在線發表了題為「Specificity of assemblage, not fungal partner species, explains mycorrhizal partnerships of mycoheterotrophic Burmannia plants」的研究論文（https://www.nature.com/articles/s41396-020-00874-x），以水玉簪屬植物為對象，揭示了真菌異養植物和菌根真菌之間的互作模式。

研究團隊採集了國內及東南亞分布的水玉簪屬中從光合自養、半異養到完全真菌異養（圖1）的十幾個種的居群樣品，以高通量測序的手段鑑定植物根內的真菌群落並進行了多樣性分析，發現完全真菌異養的植物種對真菌組成有特殊偏好性。這種偏好性表現出植物種內居群間的穩定性，並在不同植物種間存在差異（圖2），表明全真菌異養植物選擇目標真菌並非「就地招募」。與之相較，光合自養種沒有這種偏好性，而半自養種僅表現出居群內偏好性，暗示著全真菌異養植物對真菌的這種偏好性可能是逐漸進化而來。

全真菌異養植物為什麼會產生對真菌的偏好性？該研究認為，這種偏好性有利於植物個體高效地從真菌處獲得養分，以滿足其快速生長發育的營養需求，同時又儘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。研究還發現，一直以來備受期待的植物-真菌協同進化並沒有發生在真菌異養植物和其關聯的真菌之中（圖3）。

本文通訊作者為華南植物園植物科學中心張奠湘研究員，第一作者為趙中濤助理研究員。合作者包括香港大學Richard M. K. Saunders教授和荷蘭生物多樣性中心的Vincent S. F. T. Merckx博士的團隊。

 

圖1. 光合自養、半異養到完全真菌異養的水玉簪屬植物

圖2. 完全真菌異養的植物種對真菌組成有特殊偏好性

 圖3. 植物-真菌協同進化

中國科學院戰略生物資源計劃

微信號 : BRP CAS

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