地下奇特寄生植物：放弃光合作用与有性繁殖仍能顽强繁衍

日本神户大学等机构的研究团队近日发布最新成果，聚焦一类几乎完全生活在地下的奇异植物——蛇菰（Balanophora），揭示这些早已放弃光合作用、部分物种甚至几乎不再进行有性繁殖的植物，如何依然在自然生态系统中成功生存和扩散。

研究指出，蛇菰植物并不像典型植物那样依赖叶绿体进行光合作用获取能量，而是作为寄生植物，将吸器深入其他植物根部，直接汲取宿主提供的营养，大部分时间隐身于黑暗潮湿的林下土壤，只在开花季短暂“露面”。更极端的是，其中一些物种几乎完全转向无性繁殖，只靠不经授粉受精就能形成的种子来延续种群。

神户大学植物学家末次健司表示，其长期目标是“重新思考‘植物’这一概念的真正内涵”，因此对那些已经放弃光合作用的植物格外着迷，希望通过蛇菰的研究，厘清在这一剧烈演化过程中，植物在基因组、细胞结构以及繁殖方式上发生了哪些深层变化。

此次研究的核心之一，是首次系统整合蛇菰的系统发育关系、质体（plastid）基因组演化以及其繁殖策略与生境条件之间的对应关系。研究团队指出，过去虽然已有零散工作分别关注它们的基因组缩减、生态适应或繁殖方式，但这三条线索一直未被放在同一框架下综合考察。

科研人员通过多年在陡峭湿润山地森林中的田野调查，并依托与当地自然观察者建立的长期合作积累了大量样本，同时联合冲绳科学技术大学院大学等机构中专攻高度缩减基因组的研究团队，完成了蛇菰多物种的系统发育和质体基因组分析。结果表明，所有受检物种都拥有极度“瘦身”的质体基因组，而这种“极简化”是在该类群共同祖先阶段就已发生，随后才分化出各个现存物种。

从表面看，这些质体似乎已经濒临“消失”，但进一步分析发现，大量蛋白质仍被合成并运送至质体内，说明虽然光合作用功能被彻底舍弃，质体依旧在代谢过程中扮演关键角色，仍是植物细胞中不可或缺的核心结构之一。研究团队因此认为，蛇菰展示了“在最大限度压缩基因组前提下，仍保留质体必需代谢功能”的极端范例，为理解植物细胞器功能保留与丢失的边界提供了重要线索。

与光合作用普遍丧失不同，研究发现无性繁殖能力在蛇菰内是多次独立演化出来的特征。团队推测，能够在缺乏授粉者或配偶个体时，通过无性方式直接形成种子，可能在该类群早期扩散过程中发挥了关键作用，使其得以跨越从日本本州经冲绳直到台湾的一系列岛屿与山地环境。

末次健司指出，过去十年他在蛇菰授粉和种子传播方面的研究发现，骆驼蟋蟀和蟑螂等看似“不起眼”的节肢动物在授粉和传播中扮演了出人意料的重要角色。然而在授粉者稀少或个体分布极其零散的环境中，无性结实往往成为确保繁殖成功的“兜底”机制，并在部分物种中逐渐演化为主要甚至几乎唯一的繁殖方式。

该研究以“系统发育基因组学厘清蛇菰演化历史、缩减质体的代谢保留以及强制性无融合生殖的起源”为题，发表在植物学期刊《New Phytologist》上。论文不仅为理解非光合寄生植物如何维持细胞器功能、适应生态位和优化繁殖策略提供了新视角，也被视为进一步解析寄生植物与宿主相互作用机制的重要基础。

末次健司表示，对他这样在阴暗湿润森林中长期追踪这些地下植物的人来说，看到它们的“故事”在基因组层面被逐步拼合出来，具有特别的意义。下一步研究将尝试把本次的基因组结果与具体的生化代谢测量相结合，弄清蛇菰质体究竟在生产哪些代谢产物，以及这些产物如何帮助它们在宿主根系内部生长、维持寄生生活方式。

编译自/ScitechDaily