植物

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植物免疫新機制

免疫是指生物體免疫系統(tǒng)識別自身與異己物質(zhì)，并通過免疫應(yīng)答排除抗原性異物，以維持機體生理平衡的功能。研究胞內(nèi)免疫受體識別病原微生物效應(yīng)蛋白的分子機制，不僅有助于理解植物與病原微生物間的進化關(guān)系，還能為研究動物天然免疫機理提供線索。相對于動物而言，人類對于植物免疫機制的認(rèn)識要薄弱的多。實際上，與動物一樣，植物也通過細胞表面免疫受體識別來自病原微生物的分子，激活天然免疫；而病原微生物通過向植物細胞分泌效應(yīng)蛋白，抑制天然免疫反應(yīng)；植物通過進化，利用動植物中保守的、定位于胞質(zhì)的NLR類型的免疫受體識別效應(yīng)蛋白，重新激活免疫反應(yīng)。近期，研究者發(fā)現(xiàn)，來自黃單胞桿菌的效應(yīng)蛋白AvrAC能夠?qū)ζ浒袠?biāo)蛋白BIK1進行UMP修飾，從而抑制了細胞表面受體介導(dǎo)的天然免疫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。此外，還存在一個與BIK1同源的蛋白PBL2也受到了AvrAC的修飾。有趣的是，對PBL2的修飾對細菌致病毫無益處，而植物則把對PBL2的修飾作為細菌入侵的信號，激活胞內(nèi)的免疫途徑。因此，PBL2執(zhí)行了一個"誘餌"的功能，使得植物能夠特異識別細菌，獲得抗病性。識別AvrAC還需要一個NLR類型的胞內(nèi)免疫受體ZAR1以及不具有酶活的蛋白激酶RKS1，ZAR1和RKS1形成組成型的受體復(fù)合體，當(dāng)分泌到細胞內(nèi)的AvrAC對PBL2的特異位點進行UMP修飾時，PBL2被招募到受體復(fù)合體上，進而激活免疫信號。（Cell Host&Microbe 2015，18：265-267）

全球草本植物區(qū)系的分布格局

草本類群是全球植物區(qū)系的重要組成部分，解釋這些成分的全球分布格局成因與時空演化過程是生物地理學(xué)的重點和難點問題之一，對理解地球上的現(xiàn)代植物的分布格局具有非常重要的意義。菊科是地球上非常常見的植物，由于該科在形態(tài)結(jié)構(gòu)上先進和對不同環(huán)境的適應(yīng)性，使它們不論在物種的數(shù)量上還是分布范圍上，均居世界種子植物之首，是非常理想的進行這方面研究的例子。近期，研究者選取菊科鼠麴草族(Gnaphalieae)作為研究對象，對其進行迄今為止最為全面的835個類群的取樣，代表了本族約80%的屬，涵蓋了其全球所有分布范圍。通過核基因ITS和ETS序列和基于化石的分子鐘校正的生物地理的綜合分析表明，鼠麴草族大約在3400萬年前起源于非洲南部，隨后是在中新世期間多次遷移擴散到非洲其他區(qū)域和地中海等地區(qū)，特別是在中新世后期到上新世（大約是在1000-200萬年前），快速擴散分布到全球各個角落，形成了今天的分布格局?，F(xiàn)代分子生物地理證據(jù)表明從2300萬年前開始的整個中新世是全球現(xiàn)代動植物分布形成的重要時期，該研究進一步強調(diào)了全球草本植物的分布格局的形成時間更為年輕，主要集中在中新世晚期以后，這種快速的擴張主要是由于伴隨著當(dāng)時全球氣候變冷變干旱，大陸森林破碎化和開放式的生境（比如草原）的擴張。研究進一步指出，這種近期全球擴散分布模式具有重要的普遍意義，可以用來解釋許多其他類似的開放生態(tài)系統(tǒng)生物的全球分布格局。（New Phytologist，doi:10.1111/nph.13740）

基因解開蘭花進化之謎

蘭科是植物界的第二大科，超過25000種，約占維管束植物物種總量的8%，是進化之手創(chuàng)造的奇跡。早在一百多年前，達爾文對蘭科植物的多樣性感到驚奇，他把蘭科植物和授粉昆蟲之間的互動看作自然選擇的一個擴展案例研究。并在《物種起源》之后，又撰寫了一部關(guān)于蘭科植物授粉的專著。進化生物學(xué)家一直對蘭科植物的研究興致勃勃，對其多樣性曾提出各種各樣的解釋，然而卻一直無法追蹤到其背后的原因?，F(xiàn)在，蘭花"新家譜"終于讓科學(xué)家在解釋其多樣性方面邁出了關(guān)鍵一步。研究者通過新基因測序方法，從39種蘭科物種（代表了幾乎所有主要蘭科物種）中史無前例地提取了75種葉綠素基因，研究同時提取了其他96種"遠親"開花植物的基因，建立了蘭科植物的系統(tǒng)發(fā)育過程。利用17種推斷出年齡的蘭科植物化石，包括為數(shù)不多的蘭科植物標(biāo)本，對其系統(tǒng)發(fā)育主要分支進行了溯源，并計算了新物種可能出現(xiàn)的速率。新進化時間軸從1.12億年前首批蘭科植物出現(xiàn)開始，大約9000萬年前，古蘭科植物家系開始相互分化。然后，在約6400萬年前出現(xiàn)了一次重要的進化：蘭科植物進化出了一種把花粉凝結(jié)成黏球（即花粉塊）的特征，這樣以來授粉昆蟲在抵達其他蘭科植物之前就不會丟掉花粉顆粒。為了黏住花粉塊，很多花朵進化出了各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，例如一些蘭花會把少量花粉黏在喜歡該花粉的昆蟲眼睛上，從而在傳粉過程中產(chǎn)生新的物種。在距今3500萬年前，很多蘭科植物進化成了附生植物，即寄生在樹木體表的植物。這一轉(zhuǎn)變打開了蘭科植物向新領(lǐng)地殖民和向新環(huán)境進軍的大門，使附生植物的物種多樣化的比例凈增長了8.8%。作為對根系暴露的補充，一些蘭科植物種系進化出了一種節(jié)水的光合作用模式，即景天酸代謝模式，這可以讓它們在僅有雨水的環(huán)境中存活下來，而這種進化使得該種系的物種多樣性比例增加了20.3%。然而，最大的一次進化發(fā)生在進軍至熱帶山地的蘭科植物譜系中，比如安第斯山脈和新幾內(nèi)亞高地，蘭科植物在這些地方碰到了多樣化的新機遇。和生長在其他低地環(huán)境中的蘭科植物相比，這些云霧林中的蘭科物種的進化速率增加了24.9%。（Proc.R.Soc.B 282: 20151553.）

無珠孔管的類似麻黃植物化石

對于大多數(shù)植物學(xué)家而言，被子植物和裸子植物是兩個區(qū)分明確的植物類群。此前演化生物學(xué)家雖然一直努力彌合二者之間的鴻溝，但均未成功。近日，研究者報道的一種早白堊世的植物化石，為跨越上述鴻溝提供了新的視角。該植物化石發(fā)現(xiàn)于我國遼寧凌源的義縣組地層，被命名為非常偽麻黃(Pseudoephedra paradoxa)。總體來講，偽麻黃的形態(tài)（尤其是交互對生的分枝方式和雌性器官頂端的突出物）和裸子植物尼藤類中的麻黃屬十分相似。令人意外的是，麻黃屬應(yīng)有的中空珠孔管在偽麻黃卻是一個實心的結(jié)構(gòu)。這個實心的結(jié)構(gòu)和雌性器官的包裹層表明，這看似麻黃的植物其實更像是一個被子植物。這種獨特的特征組合使得偽麻黃的系統(tǒng)位置耐人尋味。如果把它放在尼藤類的麻黃科中，偽麻黃缺乏麻黃植物特有的珠孔管。如果把它放在被子植物中，偽麻黃就會變成一個和裸子植物麻黃很難區(qū)分的被子植物。因此，需要進一步的研究來明確偽麻黃的分類位置。（Palaeoworld 2015，http://dx.doi.org/10. 1016/j.palwor.2015.07.005）

稗草可能曾是中國人的主食

在現(xiàn)代稻栽培中，稗草被認(rèn)為是最難除去的雜草之一。很長時間以來，水稻都被認(rèn)為是長江流域唯一種植和最終馴化的草本糧食作物。在浙江上山的新石器時代遺址中有距今9000年到11000年之前人類食用大米的痕跡，但是除了水稻以外很少有人注意到遺址中有和水稻一起食用的其他植物。近期，研究者分析了遺址中石器上的植硅體和淀粉微體化石，發(fā)現(xiàn)在此遺址全部的居住階段都有大量的稗草。當(dāng)時野生的稗草和水稻被一起收集起來并且在磨制石器上進行加工，同時還有少量的橡子和菱角。研究表明，水稻馴化是一個長期漸進的過程，在進化改變的過程中水稻馴化速度緩慢，大約始于3000至4000年前。馴化水稻的最初階段目前仍有爭議。微體化石表明，稗草是浙江上山的主要資源，而水稻是上山后期馴化的農(nóng)業(yè)物種。這是首次發(fā)現(xiàn)最早耕作水稻的人們使用除了水稻以外的野草，并且出現(xiàn)在上山這樣的濕地環(huán)境。根據(jù)附近田螺山的考古植物學(xué)數(shù)據(jù)顯示，距今7000年時稗草就不再是人類明顯的食物來源，那時的稗草已經(jīng)變成了栽培水稻的一種雜草。（Scientific Reports 2015，5：16251）

蚯蚓與植物防線

為了避免食草動物把它們吃掉，植物會產(chǎn)生阻止蛋白質(zhì)結(jié)合的化學(xué)物質(zhì)多酚，多酚被動物吃下后，可以抑制腸道中酶的作用。然而，當(dāng)植物枝葉凋落后，這些化學(xué)物質(zhì)被保留在枯枝落葉中，從而進入到土壤中，這對于蚯蚓這種生活在地面以下的分解者來說是一種飲食上的挑戰(zhàn)。近期，研究者使用各種技術(shù)分析攝入植物多酚后，蚯蚓腸道內(nèi)液體的化學(xué)組成，結(jié)果在腸道中找到了一組此前未被描述過的具有表面活性的代謝產(chǎn)物——"蚓防御素"。些化合物存在于14種不同蚯蚓物種的腸道中，但是在其他親緣關(guān)系較近的無脊椎動物群，例如水蛭和顫蚓當(dāng)中卻沒有發(fā)現(xiàn)該化合物，這表明蚓防御素是蚯蚓獨有的一種物質(zhì)。這些化合物起到了表面活性劑的作用，降低了植物化合物之間的表面張力或者破壞它們的化學(xué)性質(zhì)，類似洗潔精或者其他清潔產(chǎn)品起作用的方法，這是蚯蚓能在土壤中回收枯枝落葉的一個關(guān)鍵。（Nature Communications 6:7869,doi:10.1038/ncomms8869）