協 同

水玉簪屬植物與真菌伴侶的互作模式

菌根是地球上最普遍存在的植物—真菌共生體系。在這一體系中，植物從真菌處獲得礦質元素。作為回報，植物將光合作用固定的有機碳等回饋于真菌。這種共生關系被認為在植物從水生拓展到陸地的過程中發揮了至關重要的作用，并隨后在植物的多樣性演化中也扮演了重要角色，成為研究植物—真菌互作的模式體系。自然界中有一大類植物寄生于光合自養植物與真菌形成的共生體系之上（第三方欺騙者），它們從菌根真菌獲取有機營養物質但并不對真菌進行回報，以此形成了真菌異養的寄生生活方式。寄生植物與其真菌伴侶之間究竟存在怎樣的互作關系，即這些植物究竟以什么樣的模式選擇真菌始終是未解之謎。近期，研究者采集了國內及東南亞分布的水玉簪屬中從光合自養、半異養到完全真菌異養的十幾個種的居群樣品，以高通量測序的手段鑒定植物根內的真菌群落并進行了多樣性分析，發現完全真菌異養的植物種對真菌組成有特殊偏好性。這種偏好性表現出植物種內居群間的穩定性，并在不同植物種間存在差異，表明全真菌異養植物選擇目標真菌并非“就地招募”。與之相較，光合自養種沒有這種偏好性，而半自養種僅表現出居群內偏好性，暗示著全真菌異養植物對真菌的這種偏好性可能是逐漸進化而來。全真菌異養植物為什么會產生對真菌的偏好性？該研究認為，這種偏好性有利于植物個體高效地從真菌處獲得養分，以滿足其快速生長發育的營養需求，同時又盡可能避免過度依賴特定真菌從而限制其傳播分布，因而是植物在真菌特異性和多樣性之間的一種平衡策略。研究還發現，一直以來備受期待的植物—真菌協同進化并沒有發生在真菌異養植物和其關聯的真菌之中。（The ISME Journal，2021，https://doi.org/10.1038/s41396-020-00874-x）

鱗翅目昆蟲通過嗅覺與被子植物協同進化

鱗翅目昆蟲包括蛾子和蝴蝶兩大類，是地球生態系統中最重要的生物類群之一。絕大多數鱗翅目昆蟲的幼蟲會危害各類農作物，而成蟲多取食花蜜來補充營養。植物在生長過程中會釋放復雜的植物揮發物，而在與植物的共進化過程中，鱗翅目昆蟲也形成了高度靈敏特異的嗅覺系統來識別各類植物揮發物，從而尋找到寄主植物并完成取食、產卵等行為。對于植食性昆蟲如何識別寄主揮發物的分子機理卻知之甚少。近期，研究者繪制了棉鈴蟲氣味受體家族編碼寄主植物揮發物的功能圖譜，揭示了棉鈴蟲氣味受體通過組合編碼的方式識別復雜的寄主揮發物，回答了為什么鱗翅目害蟲只有幾十個氣味受體卻能編碼成千上萬種氣味分子的疑問。在此基礎上進一步發現識別寄主植物花香氣味的受體在鱗翅目昆蟲中高度保守。該受體的出現伴隨鱗翅目昆蟲管狀喙的產生，與被子植物的爆發時間一致。（Molecular Biology and Evolution 2020, msaa300,）

領地紅松鼠在與鄰居友好相處時壽命更長

陌生的鄰居

熟悉的鄰居

幾乎人類所有的文化中都有鼓勵與人為善的傳統，其實其中具有深厚的生物學基礎。紅松鼠是一種獨居且有領地性的物種，但一項對加拿大育空地區紅松鼠長達22年的研究表明，年復一年地住在同一個鄰居附近的紅松鼠有著更高的生存幾率和更多的后代。紅松鼠的鄰居是否與它們有親緣關系并不重要，相反這些環境適應性好處取決于熟悉程度，即與同一批松鼠鄰居生活時間的長度。這些好處在年老松鼠身上表現得更明顯，數據表明，年老松鼠可以通過每年維持鄰里關系大大抵消衰老帶來的影響。每年夏天，研究者為每只松鼠帶上有顏色的耳標，這樣就可以記錄誰住在哪里，誰共享領地邊界。早先的觀察顯示，擁有穩定社會關系的紅松鼠——部分是通過發出防御性的“響動”來確定身份的——不太可能侵入對方的領地，偷取對方的食物。一旦它們住在一起的時間足夠長，在這些領土邊界上達成一致，它們就像是達成了紳士協議。這種在熟悉鄰居間攻擊性減弱的現象，被稱為“親愛的敵人”現象，之前已經在許多物種中被證實。在本項目中，研究者開始研究，對于那些生活在血親附近的松鼠，或者生活在非血親附近多年的松鼠，它們的生存和繁殖是否有任何變化。結果顯示，近親生活并沒有帶來任何生物學上的好處——這令人驚訝，因為擁有相同基因的動物通常更有可能對彼此表現出利他主義。但研究者確實發現，不管親緣關系如何，松鼠鄰居彼此生活的時間越長，它們越有可能活到下一年并產生更多后代。對年老松鼠來說，這種熟悉的好處就更明顯了。熟悉帶來的好處足以完全抵消衰老帶來的負面影響。例如，對于一只4歲大的紅松鼠，經過一年，它們的生存幾率從68%下降到59%。但如果那只松鼠還能維持住它與所有鄰居的聯系，存活的概率實際上會從68%增加到74%。然而，只有一小部分的松鼠會與鄰居保持聯系，所以并不是所有的松鼠都能在年老時體驗到熟悉鄰居的好處。為了確保他們的研究結果反映的是鄰居之間熟悉程度的影響，而不是因為特別好的棲息地或捕食低風險的局部地區，研究者測試了生存和繁殖成功的空間相關性，發現這種相關性很少見而且不一致。（Current Biology 2020, https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.10.072）

菌寄生真菌的伎倆

菌癭傘屬（Squamanita）真菌是一類十分罕見的菌寄生真菌，成熟后的菌癭傘看起來好像是嫁接在另外一種蘑菇上。但本質上是菌癭傘通過菌絲將“受害者”（宿主）絞殺致死，以達到“借尸還魂”的目的。過去，該屬全球僅報道有12個種，在我國僅記載有2份標本。由于研究材料難以獲得，該屬及其近緣屬的科級歸屬一直未有定論，物種概念也不明確。此前，研究人員一般根據外形特征來推斷“受害者”是什么，但由于寄主往往會改變“受害者”的外形，推斷結果未必可靠。近期，研究者在廣泛采樣、借閱國內外標本館館藏標本和與國內外同行合作的基礎上，構建了菌癭傘屬及其近緣屬的系統發育框架，對寄主和宿主進行了研究，結果顯示菌癭傘屬、囊皮傘屬、褐傘屬、卷毛菇屬和白鱗傘屬為獨立的支系，這5個屬共同構成支持率較高的科級主支，即菌癭傘科。菌癭傘屬與白鱗傘屬和卷毛菇屬有較近的親緣關系。菌癭傘屬的3個新物種的宿主皆為鵝膏屬的物種，但各不相同。發現北半球廣布的“臍凸菌癭傘”并非單個物種，它包括至少4個物種，隸屬2個不同的物種復合群。（IMA Fungus 2021，12:4）

植物免疫系統協同御敵新機制

植物在生長發育過程中，會不時面臨著復雜惡劣的環境挑戰，其中包括來自于各種病原微生物（例如細菌、真菌和卵菌等）的攻擊。植物在與病原菌長期“博弈”的過程中，進化出了免疫系統。植物通過細胞膜表面的受體蛋白識別病原菌的一些分子，如鞭毛蛋白，從而激活第一層免疫系統（稱為PTI）來抵抗病原菌的入侵。作為對策，成功入侵的病原菌會通過向植物細胞內分泌一類毒性蛋白，從而反過來攻擊植物的免疫系統，以利于其侵染植物?！澳Ц咭怀叩栏咭徽伞?，植物會通過另外一類受體蛋白感知病原菌的一些毒性蛋白，從而觸發第二層免疫系統（稱為ETI）激活更強烈的免疫反應來抵抗病原菌。PTI和ETI這兩層免疫系統是由不同免疫受體識別不同的病原菌來源的分子，并且免疫受體激活的機制有很大不同。之前絕大多數植物免疫領域的研究都是將兩條免疫通路作為兩個獨立平行的免疫分支，來分別尋找兩個通路中的重要元件及其如何調控植物的防御反應。但PTI和ETI這兩層免疫系統之間的關系一直以來尚不清楚，這也成為了植物免疫領域尚待解決的重要科學問題之一。近期，研究者發現在第一層免疫系統PTI缺失的植物中，也很大程度喪失了由第二層免疫系統ETI介導的植物抗病能力。這一現象表明植物的PTI免疫系統相對于ETI免疫系統不可或缺。第一層免疫系統對激活第二層免疫系統輸出正常的免疫反應，尤其是在調控活性氧的產生方面起有重要作用?；钚匝踝鳛槟軌蛑苯託⑺啦≡姆肿蛹胺糯笾参锲渌庖呤录男盘枺瑢χ参锏挚共≡娜肭志哂兄匾饔?。植物兩大類免疫通路PTI和ETI并不是獨立發揮功能，而是存在相互放大的協同作用，從而保障植物在應對病原菌的入侵時能夠輸出持久且強烈的免疫響應。（Nature 2021， https://doi.org/10.1038/s41586-021-03316-6）