植物與菌根真菌之間的互利共生（菌根）是植物-微生物共生互作的主要模式，它能夠促使植物積極響應(yīng)并適應(yīng)各種生物和非生物脅迫，從而進(jìn)入新的生境乃至占領(lǐng)新的生態(tài)位，最終推動物種分化。真菌異養(yǎng)植物（Mycoheterotrophic plants）是植物-真菌互作驅(qū)動植物進(jìn)化的經(jīng)典案例，以其獨(dú)特的營養(yǎng)方式、與光合自養(yǎng)植物截然不同的進(jìn)化方向備受關(guān)注。真菌異養(yǎng)植物沒有葉綠素，依賴真菌而生存，二者之間互作關(guān)系從祖先的互利共生轉(zhuǎn)變?yōu)榧纳以谶@種關(guān)系轉(zhuǎn)變過程中往往發(fā)生真菌合作者的轉(zhuǎn)變，同時伴隨著真菌特異化的發(fā)生。真菌合作者的轉(zhuǎn)變使得真菌異養(yǎng)植物能夠拓展新的生態(tài)位，進(jìn)入不同于光合自養(yǎng)祖先的生境（通常是陰暗、潮濕的森林地表層）并生存，進(jìn)而發(fā)生物種分化，這也是植物-真菌互作推動植物多樣性分化的具體體現(xiàn)。真菌異養(yǎng)植物通常比光合自養(yǎng)植物具有更高的真菌特異性（Fungal specificity），即其只與較少的真菌形成互作關(guān)系，且這些真菌往往具有較近的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。然而，當(dāng)前對真菌異養(yǎng)植物的起源與進(jìn)化歷程知之甚少，其共生真菌轉(zhuǎn)變及特異化發(fā)生的生態(tài)機(jī)制仍困擾著眾多研究者。
為探究這一科學(xué)問題，中國科學(xué)院華南植物園植物中心趙中濤副研究員利用真菌異養(yǎng)植物的模式植物類群-水玉簪屬進(jìn)行了相關(guān)研究。研究團(tuán)隊對水玉簪屬各物種開展了廣泛采樣，通過高通量測序等手段，對水玉簪屬7個植物種、16個居群開展了伴生植物調(diào)查和微生物多樣性調(diào)查。研究結(jié)果顯示，真菌異養(yǎng)植物不依賴于特定的植物類群，而是能夠與絕大多數(shù)伴生植物形成互作關(guān)系以獲取真菌營養(yǎng)，且不同生境的共享真菌可能為其生境轉(zhuǎn)移提供了前提條件。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致真菌特異性形成的因素不僅是植物方營養(yǎng)方式的轉(zhuǎn)變，生境遷移也明顯促進(jìn)了植物中真菌特異性的發(fā)生。
相關(guān)研究結(jié)果以“Not only transitions in nutritional modes but also niche shifts facilitate mycorrhizal fungal specialization in?Burmannia”為題，發(fā)表在國際生態(tài)經(jīng)典期刊Functional Ecology（《功能生態(tài)學(xué)》）。華南植物園趙中濤副研究員為第一作者，張奠湘研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金的資助。文章鏈接：https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1365-2435.14706
圖1. 水玉簪屬不同營養(yǎng)型植物。
圖2. 水玉簪及其伴生植物中菌根真菌的系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)。A.水玉簪不同物種中真菌群落系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)；B.伴生植物中菌根真菌群落的系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)；C.水玉簪與伴生植物中真菌群落的關(guān)系；D.水玉簪伴生植物中真菌群落的聚類結(jié)構(gòu)。
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