揭秘“鬼蘭” 進化之謎

廣東舌唇蘭。

紫金舌唇蘭。本欄圖片為受訪者供圖

南方日報訊 （記者/黃敏立 通訊員/黃從高 甘建樓）近日，世界頂級學術期刊《自然》子刊《自然·植物》線上發表了廣東紫金白溪省級自然保護區（下稱“保護區”）管理處與福建農林大學等科研機構合作的重大研究成果《有葉和無葉舌唇蘭基因組揭示真菌異養植物的進化》，透過比較分析蘭科植物真菌異養三類演化生活型（初始型、部分型和完全型）的物種基因組，揭示了真菌異養蘭花形態建成和營養獲取的分子機制。

真菌異養的起源與演化問題一直存在爭論

教授級高階工程師、保護區管理處副主任葉欽良介紹，陸地植物的出現是生命演化歷史長河中的重要事件，推動了整個陸地生態系統的演化。而與土壤真菌結盟被認為是植物“征服”陸地的關鍵創新——植物與真菌共生“mycorrhizal symbiosis”。絕大多數植物透過真菌幫助獲取土壤的水分和礦物質，並將光合作用固定的碳源有機物回報真菌。然而，這種共生互惠之道在包括苔蘚類、石松類、蕨類和種子植物的所有陸地植物譜系中存在多次顛覆性反轉：植物生長髮育生存依賴的水、礦物質和碳源有機物都主要藉助真菌獲得，甚至一些類群不進行光合作用，整個生活週期完全依賴真菌提供碳源及其他營養物質。

科學家根據植物依賴真菌提供營養的強度不同將其分為三個型別：初始真菌共生型——植物的早期發育階段完全依賴真菌提供碳源；部分真菌共生型或稱混合營養型——植物生活史至少有一階段的部分碳源由真菌提供，而部分來自自身的光合作用產物；完全真菌共生型或被稱為腐生——植物整個生活史的碳源都由真菌提供。

真菌異養的起源與演化是兩個多世紀以來學界一直爭論和猜測的科學問題。由於缺乏合適的自養和異養相關對比模式植物，至今有關其認知依然滯後。蘭科植物種子萌發都依賴真菌提供營養，屬於典型的真菌共生型植物，是真菌異養植物物種多樣性最高的類群（全科約28000種），同時包括大量部分真菌異養及完全真菌異養的獨立演化分支，是研究真菌異養的理想類群。

更新了傳統蘭花與真菌共生互利的認知

保護區研究團隊於2018年發現了部分真菌異養（紫金舌唇蘭Platanthera zijinensis）和完全真菌異養（廣東舌唇蘭P。guangdongensis）的一對“姐妹”蘭花，並開展數年科研監測，聯合福建農林大學進行系列深入研究。研究團隊透過組裝這兩種舌唇蘭的基因組，並結合其他已測序的蘭花基因組資料進行比較分析，為從初始型—部分型—完全型的真菌異養進化過程提供了詳細解析，揭示了真菌異養蘭花形態建成的分子基礎和營養獲取的分子機制，有力推動了科學界對真菌異養起源與演化的認知。

正如論文作者蘭思仁教授所說“我們一直好奇為什麼所有的蘭花種子塵狀且沒有胚乳，而且完全真菌異養的無根和無葉蘭花，如廣東舌唇蘭，它的形態是怎麼建成的，又是怎樣獲取所需的營養。這複雜性狀背後的作用機制一直不清楚，被稱為‘鬼蘭’之謎。我們的研究發現，完全真菌異養蘭花透過表達海藻糖水解酶基因和啟動磷、氮響應機制掠奪真菌養分，從而揭秘了‘鬼蘭’進化之謎”。

據悉，廣東舌唇蘭和紫金舌唇蘭是目前已全基因組測序蘭花中最大的兩個基因組，也是蘭亞科第一次被測序的兩種蘭花，填補了蘭科植物進化研究的一個空白，具有重要的科學意義。該研究還原和構建了真菌異養蘭花進化的場景和蘭花與真菌互作的基本框架，更新了傳統的蘭花與真菌共生互利的認知。同時，重建蘭亞科祖先的基因工具包，推進了蘭科植物的起源與演化研究。

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【來源：南方日報】

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