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我科学家摸准植物杀手薇甘菊“行凶”机制

光明网·2020/01/20

从中国农科院获悉,《自然·通讯(Nature Communication)》于1月17日在线发表中国农业科学院深圳农业基因组研究所万方浩、钱万强和樊伟团队关于重要入侵植物薇甘菊(Mikania micranth)的研究成果,多角度揭示了薇甘菊在全球入侵过程中的环境适应性进化和快速生长的分子机制,为有效防治和管控薇甘菊进一步入侵提供了理论依据。
薇甘菊又叫“一分钟一英里杂草”,属蔓藤植物,繁殖能力强,既可有性繁殖,又能无性繁殖。生长速度快,可攀爬、抑制或杀死其他植物,被称为“植物杀手”、“生物多样性终极杀手”。薇甘菊原产于中美洲和南美洲,随后入侵到东南亚、南太平洋的多个国家,已被列入世界上最有害的100种外来入侵物种之一,也是中国首批外来入侵物种。
薇甘菊在我国已扩散到广东、广西、云南、海南等地,是华南地区危害最大的入侵植物之一,仅珠三角地区每年就因为薇甘菊的泛滥造成生态经济损失近10亿元。
为从根本上解析薇甘菊快速生长和入侵的机制,研究团队构建了染色体水平的高质量薇甘菊参考基因组,利用比较基因组学、代谢组学、转录组学和土壤宏基因组学技术,从薇甘菊的光合作用、化感物质、与土壤微生物作用等几方面揭示了其快速生长和环境适应的分子机制。
研究发现,薇甘菊大约3千万年前与近缘物种向日葵分化,由于一次近期的全基因组二倍化和大量的片段复制事件,使其光合反应与暗反应、氮磷钾的代谢和运输等基因家族发生显著的扩张。
研究发现,薇甘菊属于C3植物,但可在白天和夜晚分别利用不同的光合途径进行二氧化碳的固定,使其净光合速率接近于C4植物,充足的碳水化物导致了它的快速生长特性。同时,薇甘菊还可以通过自身的化感物质有效地富集固氮菌和氨化细菌,加速了根际土壤的养分循环,为其快速的生长提供充足养分。
该成果揭示了薇甘菊快速生长和入侵过程中的环境适应性进化机制,对于下一步从分子水平开展精准防控提供了理论依据,对于利用基因组学技术开展入侵生物的防治提供了参考,也为保障生态环境可持续发展提供决策依据和技术支撑。