浙大科學(xué)家最新研究發(fā)現(xiàn),模仿秀這股風(fēng)還刮到了稻田里
雜草水稻傻傻分不清 這場諜戰(zhàn)已經(jīng)打了千年
左邊為水稻幼苗;中間和右邊為稗草幼苗。
現(xiàn)在的女孩子,為了減肥,已經(jīng)到了談白米飯色變的地步。
但你知道,一碗白米飯來的有多不容易嗎?
今天,我們來講田間的一場諜戰(zhàn)——為了活下來,水稻有多努力,雜草也有多努力。
它,就是稗(讀bai)草,稻田間頭號(hào)雜草。浙大樊龍江教授團(tuán)隊(duì)就找到了稗草與水稻相爭的“秘密武器”,它能分泌一種叫丁布的次生代謝產(chǎn)物,可以明顯抑制水稻生長。
為了避免人類的“驅(qū)逐”,樊教授團(tuán)隊(duì)最新發(fā)現(xiàn),稗草還有更厲害的技能,它竟學(xué)會(huì)了“喬裝術(shù)”,從原來松垮貼地的懶樣子,進(jìn)化出今天亭亭玉立的模樣,與水稻越長越像。
這篇關(guān)于“稻田水淺,江湖水深”的論文,于2019年9月16日發(fā)表于《自然·生態(tài)與進(jìn)化》雜志。
田間模仿秀它是冠軍
在稻田中,稗草居15種惡性雜草之首,是農(nóng)民噴施除草劑最主要的目標(biāo)。
“如果不用除草劑,農(nóng)民都不知道怎么種地了?!边@種說法還真不是太夸張,如果不想辦法除掉它,兩個(gè)月后的豐收季節(jié),整片稻田都要被稗草承包了。
其實(shí),從親緣關(guān)系看,稗草與小麥、玉米的關(guān)系更近。但不知從什么時(shí)候起,稗草卻和水稻伴生在一起了,而且在外形、生長期和營養(yǎng)的需求上,與水稻越來越接近。
研究人員對(duì)從我國長江流域的稻田及周邊采集到的328份稗草,進(jìn)行了研究。從外形上看,水田的稗草與旱地的稗草有著明顯差異:旱地稗草長相比較隨機(jī),大多數(shù)稗草趴地橫長,莖基部呈現(xiàn)紅色,完全不像水稻;而水田間的稗草就很有“稻”樣,特別是在苗期,它們有模有樣地收起了分蘗(讀作niè)和葉子的夾角,和水稻一樣向上生長。
第一個(gè)注意到稗草高明“喬裝術(shù)”的,是前蘇聯(lián)著名植物學(xué)家瓦維諾夫。上世紀(jì)30年代,他從進(jìn)化角度提出一個(gè)觀點(diǎn):農(nóng)田雜草與作物相像,是雜草適應(yīng)性進(jìn)化的產(chǎn)物,就是為了躲避農(nóng)民拔除。
由于缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù),學(xué)術(shù)界對(duì)這一觀點(diǎn)一直存在爭議?!拔覀儗?duì)這328份樣本進(jìn)行了基因組重測序,”樊龍江說,“人類行為加速了稗草的進(jìn)化,無意中產(chǎn)生了類似馴化的選擇效應(yīng)。”
相對(duì)于動(dòng)物擬態(tài),科學(xué)界對(duì)于作物擬態(tài)尚無定論,樊龍江團(tuán)隊(duì)第一次從基因組學(xué)研究角度,證實(shí)了作物擬態(tài)的存在。
被人類逼出“稻”樣
樊龍江介紹,通過全基因組遺傳變異分析,發(fā)現(xiàn)328份稗草材料可以明顯分為3個(gè)組——擬態(tài)組、非擬態(tài)組及中間類型。
與非擬態(tài)稗草組相比,擬態(tài)稗草的遺傳多態(tài)性降低,“這表明稗草在擬態(tài)過程中受到了定向選擇?!狈埥f。
“稗草擬態(tài)水稻是被迫的?!狈埥榻B,團(tuán)隊(duì)通過群體進(jìn)化分析表明,長江流域擬態(tài)稗草起源于非擬態(tài)稗草,大約發(fā)生在1000年前的宋朝。
“當(dāng)時(shí)正處在人口激增、南方水稻替代麥類作物成為主糧的轉(zhuǎn)型時(shí)期??赡苷窃谀且粫r(shí)期,人們開始實(shí)施水稻的精耕細(xì)作,拔除田間雜草?!?/p>
樊龍江舉了一些從宋朝農(nóng)書和詩詞中找到的證據(jù):比如朱熹《勸農(nóng)書》中記載“禾苗既長, 稗草亦生, 須是放干田水, 仔細(xì)辨認(rèn), 逐一拔出, 踏在泥里, 以培禾根”;方回詩詞中則有“農(nóng)田插秧秧綠時(shí),稻中有稗農(nóng)未知。稻苗欲秀稗先出,拔稗飼牛唯恐遲”。
稗草為了逃過人類的拔除,不得不快速進(jìn)化,讓自己長得更像水稻,體內(nèi)像水稻的基因也得以保留下來。
比如一個(gè)叫“LAZY1”的基因,這是一個(gè)植物感知并響應(yīng)重力的關(guān)鍵基因,可以調(diào)控作物的分蘗角度。研究發(fā)現(xiàn),在有擬態(tài)現(xiàn)象的稗草中,相關(guān)同源基因多態(tài)性降低,出現(xiàn)了高度一致,顯示出被進(jìn)化選擇的痕跡。
這項(xiàng)研究首次解析了植物擬態(tài)進(jìn)化分子機(jī)制,在進(jìn)化生物學(xué)上具有重要意義。此外,研究結(jié)果為解析農(nóng)田雜草起源與控制、株型相關(guān)基因挖掘與利用等方面也提供給了研究線索。(記者 章咪佳 通訊員 周煒)
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