【新知】

　　◎本報記者 趙漢斌

　　自然界中，植物並不是孤立存在的，而是經常與(yu) 其他生物產(chan) 生形式各異的互動。植物間通過地上和地下部分產(chan) 生的揮發物以及利用根際分泌物進行交流互作，對此，科學家已進行了深入研究。

　　日前，中國科學院昆明植物研究所研究員吳建強團隊受邀在國際期刊《植物生物學綜述年刊》上發表了關(guan) 於(yu) 植物間“通訊”的綜述文章。

　　一係列研究表明，寄生植物與(yu) 寄主間可以進行物質與(yu) 信號交流；此外，叢(cong) 枝菌根真菌的菌絲(si) 也能在地下連接各種植物根係，形成龐大的菌根網絡，在不同宿主植物間傳(chuan) 遞信號與(yu) 物質。

　　寄生植物搭起地上有線“通訊網”

　　植物沒有“大腦”，也不能移動，但在長期演化過程中，它們(men) 擁有的能力遠比人們(men) 以為(wei) 的複雜得多。而人們(men) 對其超強“通訊”能力的認識，還在起步階段。

　　吳建強帶領的植物與(yu) 其他生物互作化學生態學攻關(guan) 團隊，長期從(cong) 事植物間的相互作用研究。

　　“植食性昆蟲的取食是植物生存麵臨(lin) 的重要威脅之一 。”吳建強介紹，在生物協同演進過程中，植物擁有複雜多樣的抵禦昆蟲取食的策略，包括精妙的信號傳(chuan) 導係統和多種多樣的植物抗蟲次生代謝產(chan) 物。

　　此前，吳建強團隊首次提出寄生植物菟絲(si) 子與(yu) 寄主植物可以形成“菟絲(si) 子連接的植物微群體(ti) ”的生態學概念，並以此為(wei) 研究模型，開展了一係列創新研究。

　　菟絲(si) 子是專(zhuan) 性莖寄生植物，不能進行光合作用，萌發後，必須盡快寄生在宿主身上才能生存。

　　“在長期演化過程中，菟絲(si) 子特化出‘剝削’寄主的器官——吸器，通過吸器與(yu) 寄主的維管組織連接，形成物質交流的通道。”前述論文共同第一作者、昆明植物研究所博士申國境介紹，轉錄組學研究表明，菟絲(si) 子和寄主在正常生長狀態下，存在著上千個(ge) 信使RNA的交流，而且在轉運中，可能作為(wei) 一種長距離運輸信號，發揮生物學功能。

　　“菟絲(si) 子通過自身的維管束，可以與(yu) 寄主交流，也可以在不同寄主間轉運信號、水分、無機鹽和有機營養(yang) 物質，就像搭橋一樣，維管束通道是一個(ge) 複雜的係統。”吳建強說，菟絲(si) 子像“有線連接”一樣，很穩定，與(yu) 揮發物或根係分泌物傳(chuan) 遞“無線”信號不同，它能夠穩定地傳(chuan) 導信號和物質，從(cong) 而調動寄主植物產(chan) 生生理變化。具體(ti) 來說，菟絲(si) 子能夠傳(chuan) 遞有生態學效應的抗蟲係統性信號、鹽脅迫係統性信號、氮素營養(yang) 缺乏誘導的係統性信號等。

　　叢(cong) 枝菌根真菌無聲勾連地下“通訊網”

　　叢(cong) 枝菌根真菌是一類與(yu) 植物共生的土壤真菌，因其侵入植物根係形成叢(cong) 枝狀結構而得此名。

　　“地球上約70%—90%的陸生植物，能與(yu) 叢(cong) 枝菌根真菌形成互作。”吳建強介紹，叢(cong) 枝菌根真菌在細胞間生長，在植物根皮質細胞中形成高度分枝的樹狀結構。根外菌絲(si) 從(cong) 土壤中吸收、轉運磷和氮等，然後卸載到植物根部。

　　因此，這類真菌促進了植物對需求最盛的磷和氮的吸收；反過來，植物也可為(wei) 真菌提供糖和脂質營養(yang) 物質。叢(cong) 枝菌根真菌並不“專(zhuan) 情”於(yu) 一株植物，而是同時“勾搭”相鄰的不同植物，通過連接不同宿主的根係形成共生關(guan) 係。

　　“這是一個(ge) 新的研究方向，為(wei) 了解生物間的相互作用提供了豐(feng) 富的信息和嶄新的視角。” 論文共同第一作者、昆明植物研究所博士張井雄說，越來越多的證據表明，和地表寄生植物與(yu) 寄主間傳(chuan) 遞信號類似，複雜的信號同樣可以通過菌絲(si) 網絡在植物間傳(chuan) 播，並相互影響，使植物之間的“通訊”成為(wei) 可能。

　　此前，有研究人員利用叢(cong) 枝菌根真菌，連接兩(liang) 棵相鄰的番茄植株，搭起菌絲(si) 網絡，並對其中一株番茄接種早疫病菌。科學家們(men) 發現，這會(hui) 導致另外一株健康番茄植物中抗病相關(guan) 基因轉錄水平和抗病相關(guan) 酶的活性升高。其中，菌絲(si) 網絡充當了傳(chuan) 遞病原體(ti) 防禦相關(guan) 移動信號的管道。

　　“總的來說，菌絲(si) 網絡連接諸多植物，把受脅迫的係統信號轉移給其他植物，從(cong) 而激活防禦機製。”吳建強說，這是令人著迷的問題，但哪些植物可以通過菌絲(si) 網絡傳(chuan) 遞移動的長途信號？這些信號產(chan) 生和調控的機製是什麽(me) ？植物能否展開雙向“通信”？對這些問題，人們(men) 還知之甚少，有待進一步探秘。

　　基礎研究應用於(yu) 農(nong) 業(ye) 尚待時日

　　植物間由寄生植物的吸器或菌絲(si) 網絡傳(chuan) 達信號，並改變植物生長發育的事實，正日漸明晰。隨著研究的深入與(yu) 成果的積累，科學家開始思考：這一切，是否能應用於(yu) 農(nong) 林發展和病蟲害綠色防治中呢？

　　此前，吳建強團隊通過抗蟲表型分析、激素及次生代謝物檢測、轉錄組和代謝組關(guan) 聯分析，揭示了多個(ge) 基因在植物係統性抗蟲中的作用機理，解析了植物係統性抗蟲響應的機製。

　　桃蚜是栽培型作物的主要害蟲，可以取食菟絲(si) 子。“我們(men) 首次發現在桃蚜—寄生植物—寄主植物三者之間存在跨界的雙向信使RNA信息交流，這意味著抗蟲性信號從(cong) 菟絲(si) 子傳(chuan) 遞到黃瓜葉和根中，導致後者對桃蚜取食產(chan) 生了抗蟲響應。”吳建強說。

　　在農(nong) 業(ye) 生產(chan) 中，玉米等大多數作物都會(hui) 長叢(cong) 枝菌根真菌。吳建強告訴記者，很多時候，叢(cong) 枝菌根真菌能幫植物獲得氮和磷。科學家已經著手進行相關(guan) 研究，希望通過人工合成等方式，改變作物與(yu) 叢(cong) 枝菌根真菌互作的強度，以提高作物的抗性和產(chan) 量。

　　“除了植物內(nei) 部的信號傳(chuan) 輸，上述‘通訊’網絡也能傳(chuan) 遞和食草動物相關(guan) 的移動信號。”申國境介紹，植物能感知環境因素，如水、光、營養(yang) 物質可用性以及來自昆蟲和病原體(ti) 的攻擊，並利用局部和係統的信號通路，調整成長和抗逆生理響應。

　　為(wei) 了對付蚜蟲，大豆會(hui) 在葉片上生產(chan) 出多種揮發物。這種效應不僅(jin) 發生在受蚜蟲取食的大豆植株上，也發生在菌絲(si) 網絡連接的健康大豆中，這表明，某些移動信號已傳(chuan) 遞給更多“小夥(huo) 伴”禦敵。同樣，棉鈴蟲攝食誘導的係統信號也能通過菌絲(si) 網絡，從(cong) 受昆蟲侵害的番茄植株傳(chuan) 播到其他植株，這些信號無一例外地增強了信號受體(ti) 植物的抗性。未來，這些發現或可用於(yu) 農(nong) 業(ye) 生產(chan) 。