Nature Commun | 中国农科院基因组所揭示入侵植物薇甘菊环境适应性进化和快速生长的分子机...

2020年1月17日，Nature Communications在线发表了中国农业科学院基因组研究所万方浩、钱万强和樊伟团队题为 Mikania micrantha genome provides insights into the molecular mechanism of rapid growth 的研究论文。该论文报道了重要入侵植物薇甘菊（Mikania micranth）的最新研究成果，从多个角度揭示了薇甘菊在全球入侵过程中的环境适应性进化和快速生长的分子机制。

薇甘菊，名字甜美、模样清新。可殊不知，它却是外来入侵的“疯狂”植物杀手，又叫“一分钟一英里杂草”，生长速度快，以“死亡缠绕”为杀手锏，可匍匐变身“地毯”，也可顺藤蔓形成覆盖，给其他植物和生态造成危害。薇甘菊原产于中美洲和南美洲，随后入侵到东南亚、南太平洋的多个国家（图1），已被列为世界上最有害的100种外来入侵物种之一。

  图1   薇甘菊危害及全球分布图

薇甘菊是我国首批外来入侵物种之一，现在已扩散到广东、广西、云南、海南等地并发生大规模危害，对农林生产、生态环境与生物多样性造成巨大的经济损失与严重的生物安全威胁，据统计，仅珠三角地区每年因为薇甘菊的泛滥造成的生态经济损失就近10亿元。其中，深圳是国内受薇甘菊侵害的“重灾区”，受害面积超过2700公顷，尤其在山区、森林、水库周围等生态敏感区，薇甘菊危害更为严重，如不严加防控还有迅速扩大趋势。然而，当前对于薇甘菊的防治措施主要还是人工/机械清除和化学防治，人工/机械清除费财费力，化学防治专一性不强，对生物多样性、生态环境带来严重威胁。如何以新技术控制薇甘菊等入侵生物、保障生态的可持续发展，是“双区建设”中的重大需求和重大难题。

为从根本上解析薇甘菊快速生长和入侵的机制，研究团队构建了染色体水平的高质量薇甘菊参考基因组，利用比较基因组学、代谢组学、转录组学和土壤宏基因组学技术，从薇甘菊的光合作用、化感物质、与土壤微生物作用等几方面揭示了其快速生长和环境适应的分子机制。研究发现，薇甘菊属于C3植物，但可在白天和夜晚分别利用不同的光合途径进行CO₂的固定，使其净光合速率接近于C4植物，充足的碳水化物导致了它的快速生长特性。同时，薇甘菊还可以通过自身的化感物质有效地富集固氮菌和氨化细菌，加速了根际土壤的养分循环，为其快速的生长提供充足养分（图2）。

图2   薇甘菊快速生长的分子机制

该成果系统地揭示了入侵植物薇甘菊快速生长和入侵过程中的环境适应性进化机制，对于下一步从分子水平开展精准靶向防控提供了理论依据，对于利用基因组学技术开展入侵生物的防治提供了参考。

来源：农科院基因组所，略有改动。原文链接：