解密‘鬼兰’:无根无叶也无光的兰花之谜

作者: 张晴丹

来源: 中国科学报

发布日期: 2022-04-28 08:43:42

福建农林大学教授兰思仁和刘仲健领衔的兰花团队在《自然—植物》上发表研究成果,揭示了‘鬼兰’如何在无根无叶无阳光的条件下生长的秘密。研究将植物依赖真菌提供营养的强度分为三种类型,并通过基因组研究,发现了兰花在进化过程中丢失了光合作用、叶和根发育等基因,增加了海藻糖水解酶基因,使其能够消化菌丝中的海藻糖,从而依赖真菌获取营养。

兰花给人的印象是典雅高洁的,一盆在室,芳香四溢。但是,有一种兰花却一辈子都生长在地底下,犹如鬼魅一般,只有开花的时候才会伸出地面,被人们称为‘鬼兰’。更为神奇的是,这种兰花与其他植物不同,它们不需要叶子、根和阳光也照样能够生长。正因如此,它们可以走向森林最深的地方,在阴暗无光的生境下打造自己的专属地盘。

近日,《自然—植物》在线发表了福建农林大学教授兰思仁和刘仲健领衔的兰花团队在真菌异养领域取得的重要研究成果,揭开了‘鬼兰’进化之谜。

科学家根据植物依赖真菌提供营养的强度不同将其分为3种类型:第一类,初始真菌共生型,植物的早期发育阶段完全依赖真菌提供碳源;第二类,部分真菌共生型或被称为混合营养型,植物生活史至少有一阶段的部分碳源由真菌提供,部分来自自身光合作用;第三类,完全真菌共生型或被称为腐生,植物整个生活史的碳源由真菌提供。

论文共同通讯作者刘仲健在接受《中国科学报》采访时说,要想弄清楚兰花真菌异养的分子机制,需要找到两个相近的物种进行比较。正好,该研究团队于2018年发现了部分真菌异养(紫金舌唇兰)和完全真菌异养(广东舌唇兰)的一对‘姐妹’兰花,并且组装了它们的基因组。

团队研究发现,当兰花从初始真菌异养到部分真菌异养再到完全真菌异养的进化过程中,参与光合作用、叶和根发育以及黑暗环境下营养吸收的基因丢失,同时碱基替换率增加。

科研人员通过进化树分析认为,紫金舌唇兰和广东舌唇兰大约在1200万年前发生分化,而上述基因正是随着物种的分化慢慢丢失的,兰花形态的建成跟基因的丢失密切相关。在这样的进化事件里,兰花增加了海藻糖水解酶基因,使其能够消化菌丝中的海藻糖,使部分和完全真菌异养兰花可以将真菌作为营养源,这是异养真菌兰花一个非常关键的创新。

美国康奈尔大学的李飞苇博士认为,‘这是一项引人入胜且构思周密的研究。针对两个亲缘关系密切的舌唇兰属物种的比较——一个是完全的真菌异养,一个是部分的真菌异养,非常巧妙,确实为真菌异养的进化提供了许多重要见解。’《自然—植物》同期配发了新闻评论,同时期刊编辑对该研究给予了高度评价。

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