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　　自然界中，植物并不是孤立存在的，而是經(jīng)常與其他生物產(chǎn)生形式各異的互動。植物與植物之間，通過地上和地下部分產(chǎn)生的揮發(fā)物，以及利用根際分泌物“交流”互作，已得到科學界的較深入研究。

　　日前，中國科學院昆明植物研究所吳建強研究員團隊受邀在著名國際期刊《植物生物學綜述年刊》上發(fā)表關(guān)于植物與植物間通信的綜述文章。

　　一系列的研究表明，寄生植物與寄主間可以進行物質(zhì)與信號交流；此外，叢枝菌根真菌的菌絲也能在地下連接各種植物根系，形成龐大的菌根網(wǎng)絡，在不同宿主植物間傳遞信號與物質(zhì)。

寄生植物菟絲子和叢枝菌根真菌介導的植物間通信模式圖。中科院昆明植物研究所供圖 

　　寄生植物，搭起地上“有線”通信網(wǎng) 

　　植物沒有“大腦”，也不能移動，但在長期的演化過程中，通過自然選擇，它們擁有遠比外表復雜得多的能力。其中，人們對其超強“通信”能力的認識，還在起步階段。

　　在中國科學院昆明植物研究所，吳建強研究員帶領(lǐng)的植物與其他生物互作化學生態(tài)學攻關(guān)團隊，長期從事寄生植物與植物間的相互作用研究。

　　此前，他們首次提出寄生植物菟絲子與寄主植物可以形成“菟絲子連接的植物微群體”的生態(tài)學概念，并以此為研究模型，開展了一系列創(chuàng)新研究。

　　“植物在生長過程中，可能會面臨蟲害、病菌、干旱、鹽堿、土壤貧瘠等諸多脅迫，其中植食性昆蟲的取食是植物生存重要的威脅之一?！眳墙◤娊榻B，在生物協(xié)同演進過程中，植物擁有了復雜多樣的抵御昆蟲取食的策略，包括精妙的信號傳導系統(tǒng)和多種多樣的植物抗蟲次生代謝產(chǎn)物。比如，植物激素茉莉酸是調(diào)控植物抗蟲性的關(guān)鍵信號物質(zhì)，而芥子油苷是十字花科植物的重要抗蟲次生代謝物。 

　　菟絲子，是旋花科菟絲子屬一年生或多年生專性莖寄生植物，它們有多個種或亞種，但共同的特點是其不能像大多數(shù)自養(yǎng)植物一樣進行光合作用。它們萌發(fā)后，必須盡快寄生在宿主身上才能生活。

　　“在長期演化過程中，菟絲子特化出‘剝削’寄主的器官——吸器，通過吸器與寄主的維管組織連接，形成物質(zhì)交流的通道。”論文第一作者之一、昆明植物研究所申國境博士介紹，通過此前轉(zhuǎn)錄組學研究表明，菟絲子和寄主在正常生長狀態(tài)下，存在著上千個信使RNA的交流，而且在轉(zhuǎn)運中，可能作為一種長距離運輸信號，發(fā)揮生物學功能。

　　“寄生植物菟絲子通過自身的維管束，可以與寄主交流，也可以在不同寄主間轉(zhuǎn)運信號和水分、無機鹽和有機營養(yǎng)物質(zhì)，就像搭橋一樣，維管束通道是一個挺復雜的系統(tǒng)?！眳墙◤娬f，菟絲子像“有線連接”一樣很穩(wěn)定，與揮發(fā)物或根系分泌物傳遞“無線”信號不同，它能夠穩(wěn)定地傳導信號和物質(zhì)，從而調(diào)動寄主植物產(chǎn)生生理變化。具體來說，菟絲子能夠傳遞有生態(tài)學效應的抗蟲系統(tǒng)性信號、鹽脅迫系統(tǒng)性信號、氮素營養(yǎng)缺乏誘導的系統(tǒng)性信號等。

　　吳建強團隊還首次揭示菟絲子與寄主植物之間，以及菟絲子介導的不同寄主植物間，都存在大規(guī)模的蛋白質(zhì)交流，某些蛋白質(zhì)被轉(zhuǎn)運后還保留了生物學功能，比如寄主植物的成花素蛋白被轉(zhuǎn)運到菟絲子中，激活菟絲子的開花信號，從而誘導其開花。因此，研究這種系統(tǒng)性信號交換機制，具有非比尋常的生理、生態(tài)意義。 

　　叢枝菌根真菌，無聲“勾連”地下通信網(wǎng)絡 

　　叢枝菌根真菌，是球囊菌門的一類與植物共生的土壤真菌，因其侵入植物根系，形成叢枝狀結(jié)構(gòu)而得此名。目前，全球已分離鑒別的種類超過300余種。

　　“在我們的地球上，約70%至90%的陸生植物，與叢枝菌根真菌能夠形成互作?！眳墙◤娊榻B，叢枝菌根真菌在細胞間生長，在植物根皮質(zhì)細胞中形成高度分枝的樹狀結(jié)構(gòu)。根外菌絲從土壤中吸收、轉(zhuǎn)運磷和氮等，然后卸載到植物根部。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，植物也可為真菌提供糖和脂質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)。叢枝菌根真菌并不“專情”于一株植物，而是同時“勾搭”相鄰的不同的植物，形成共生關(guān)系，通過連接不同宿主的根系。

　　“這是一個新的研究方向，而且新進展不斷，包括叢枝菌根真菌在不同宿主植物間傳遞抗蟲、抗病等系統(tǒng)性信號，以及轉(zhuǎn)運營養(yǎng)物質(zhì)，為了解生物間的相互作用提供了豐富的信息和嶄新視角。”論文共同第一作者、昆明植物研究所張井雄博士說，有越來越多的證據(jù)表明，與地表寄生植物與寄主間傳遞信號類似，復雜的信號同樣可以通過菌絲網(wǎng)絡，在植物間傳播，并相互影響，使植物與植物之間的“通信”成為可能。

　　此前，有研究人員利用叢枝菌根真菌，連接兩棵相鄰的番茄植株，搭起菌絲網(wǎng)絡，并對其中一株番茄接種番茄早疫病菌?？茖W家們發(fā)現(xiàn)，這會導致另外一株健康番茄植物中抗病相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平升高和抗病相關(guān)酶的活性升高。其中，菌絲網(wǎng)絡發(fā)揮了傳遞病原體防御相關(guān)移動信號的管道作用。

　　“總的來說，菌絲網(wǎng)絡連接諸多植物，把受脅迫的系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)移給其他植物，從而激活防御機制。”吳建強說，這是一系列令人著迷的問題，但哪些植物可以通過菌絲網(wǎng)絡傳遞移動的長途信號？這些信號產(chǎn)生和調(diào)控的機制是什么？能否展開雙向通信？這種信號傳導有哪些廣泛的生理和生態(tài)效應？到目前為止，人們都還知之甚少，有待進一步探秘。

　　基礎(chǔ)研究應用于農(nóng)業(yè)尚待時日 

　　然而，植物間由寄生植物的吸器或菌絲網(wǎng)絡傳達信號，并改變著植物生長發(fā)育的事實，正日漸明晰。隨著對研究深入、成果積累，也不禁令人腦洞大開：這一切，是否能應用于農(nóng)林發(fā)展和病蟲害綠色防治呢？

　　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，并利用轉(zhuǎn)錄組和代謝組關(guān)聯(lián)分析，揭示了多個基因在植物系統(tǒng)性抗蟲中的作用機理，解析了植物系統(tǒng)性抗蟲響應的機制。

　　桃蚜是栽培型作物的主要害蟲，同時也是為數(shù)不多的可以取食菟絲子的刺吸式昆蟲之一。相對于寄主來說，桃蚜更喜歡取食菟絲子?！拔覀兪状伟l(fā)現(xiàn)在桃蚜—寄生植物—寄主植物三者之間跨界的雙向信使RNA信息交流，意味著抗蟲性信號從菟絲子傳遞到黃瓜葉和根中，導致后者對桃蚜取食產(chǎn)生了抗蟲響應?！眳墙◤娬f。 

　　在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，玉米等大多數(shù)作物都會長叢枝菌根真菌。吳建強告訴記者，很多時候，叢枝菌根真菌是幫植物獲得氮和磷的，那我們是否可以通過人工合成或其他方式，改變作物與叢枝菌根真菌互作的強度，從而提高作物的抗性和產(chǎn)量。有些研究，科學家們已在著手進行了。

　　“除了植物本身內(nèi)部的信號傳輸，上述的通信網(wǎng)絡，也能傳遞它們和食草動物相關(guān)的移動信號。”申國境介紹，植物能感知環(huán)境因素，如水、光、營養(yǎng)物質(zhì)可用性，以及來自昆蟲和病原體的攻擊，并利用局部和系統(tǒng)的信號通路，調(diào)整成長和抗逆生理響應。

　　同樣，為了對付蚜蟲，大豆會在葉片上生產(chǎn)出多種揮發(fā)物，不僅用來抑制蚜蟲，還對蚜蟲的天敵寄生蜂有較強的吸引力。這種效應不僅發(fā)生在受蚜蟲取食的大豆植株上，也發(fā)生在菌絲網(wǎng)絡連接的健康大豆中，表明某些移動信號，已給更多“小伙伴”，及早產(chǎn)生抗蟲物質(zhì)御敵。同樣，棉鈴蟲攝食誘導的系統(tǒng)信號，也能通過菌絲網(wǎng)絡，從受昆蟲侵害的番茄植株傳播到其他植株，這些信號無一例外地增強了信號受體植物的抗性。未來，這些發(fā)現(xiàn)或可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

　　此外，叢枝菌根真菌除了幫助植物吸收氮、磷等養(yǎng)分，同時對改善植物水土涵養(yǎng)，提高植物抗旱性，增強植物抗病能力，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高植被-土壤系統(tǒng)的生產(chǎn)力、穩(wěn)定性和演替都起著重要的調(diào)控作用。

　?。ㄖ袊萍季W(wǎng) 2023年3月9日）

　　來源：http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/202303/9cd5abc3b2b34c479ba07a5bd921770f.shtml