植物

描繪最早的花朵

近一個半世紀(jì)以來，開花植物的起源及其對全世界棲息地的快速征服一直是個謎。1879年，查爾斯·達(dá)爾文將其描述為"令人討厭的謎"，即雖然花朵在生命的歷史中進(jìn)化得很晚，但仍能取代含有種子的松樹和蘇鐵植物。如今，開花植物占到植物的9/10。這意味著它們的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過諸如在3.5億～3.1億年前出現(xiàn)的針葉樹等曾經(jīng)占主導(dǎo)地位的種子植物。盡管如此，研究它們的進(jìn)化起源非常棘手：花朵的脆弱意味著它們極少成為化石。Montsechia vidalii是迄今發(fā)現(xiàn)的最古老的開花植物化石的一種，生活在1.3億年前。然而，開花植物首次出現(xiàn)的時間被認(rèn)為要早于此，約為2.5億～1.4億年前的時間段。為探尋第一朵花是什么樣子的，研究者花費(fèi)6年時間，分析了幾乎每種開花植物的解剖學(xué)證據(jù)，以確認(rèn)它們最原始的特征。研究者將獲得的結(jié)果同來自分子分析的日期進(jìn)行了校準(zhǔn)，構(gòu)建了進(jìn)化樹，并且對花朵進(jìn)化的最早期階段進(jìn)行了建模。他們發(fā)現(xiàn)，最早的花朵可能擁有11個或者更多被片和雄蕊，并且通常分為3組，同時攜帶著雄性和雌性繁殖結(jié)構(gòu)。和任何現(xiàn)存的花朵不同，它以一種獨(dú)特的方式被排列起來。第一朵花有多大目前尚不明確，它的直徑可能只有1厘米，或者不到1厘米。一個驚奇之處在于同大多數(shù)現(xiàn)存花朵相比，第一朵花擁有如此多的花瓣狀被片。減少它們的數(shù)量使隨后的花朵得以發(fā)育出一系列令人眼花繚亂的形狀和大小，并在之后隨著動物傳粉者在全球廣泛擴(kuò)散而走向多樣化。（Nature Communications 2017，8:16047）

菟絲子在不同寄主間傳遞系統(tǒng)性信號

寄生是一種比較常見的互作關(guān)系。在被子植物中，寄生植物有3000多種，占到大約1%。寄生植物通過一個特殊的器官-吸器，從寄主獲取營養(yǎng)、水分等生長所需物質(zhì)，寄主生長和繁殖也因此受到嚴(yán)重影響。菟絲子是旋花科的莖全寄生植物，其大多數(shù)種類的葉片和根在進(jìn)化過程中已經(jīng)完全退化消失，只有少數(shù)種類還殘存微弱的光合能力。近來有研究表明，除了水分和營養(yǎng)，很多物質(zhì)都能夠在菟絲子和寄主之間運(yùn)輸，包括蛋白質(zhì)、mRNA以及次生代謝物等。然而，菟絲子與寄主間的相互作用研究還非常缺乏。自然界中，菟絲子常常能夠同時寄生在多個鄰近的寄主上，從而將不同的寄主連接起來。近期，研究者創(chuàng)新性地提出了"菟絲子及其連接的不同寄主形成微群落"這一嶄新概念，并且發(fā)現(xiàn)在這種微群落中，菟絲子能在不同寄主植物間傳遞有生態(tài)學(xué)效應(yīng)的抗蟲系統(tǒng)性信號。研究者利用菟絲子將不同寄主植物進(jìn)行了連接，當(dāng)對其中一株寄主植物做昆蟲取食處理后發(fā)現(xiàn)，被取食葉片產(chǎn)生了某種系統(tǒng)性抗蟲信號，這些信號能夠被運(yùn)輸?shù)奖惶幚碇参锏钠渌糠植⒄T導(dǎo)抗蟲響應(yīng)；更重要的是，系統(tǒng)性信號能夠通過菟絲子傳遞到微群落中的其它寄主植物，從而誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄組和代謝物響應(yīng)并提高其抗蟲性。該系統(tǒng)性抗蟲信號在不同物種間非常保守，甚至可以在不同科的寄主植物間傳遞并誘導(dǎo)抗蟲性，而且茉莉酸在此系統(tǒng)性信號的產(chǎn)生或傳遞過程中扮演著重要的角色。他們的研究還指出，菟絲子傳導(dǎo)的抗蟲系統(tǒng)性信號產(chǎn)生和傳播速度非?？欤ù蠹s1厘米/分鐘），而且還可以遠(yuǎn)距離傳遞（超過100厘米）。盡管寄生植物一向被視為為對寄主"有害無益"，該研究表明，菟絲子在某些條件下可以幫助不同寄主之間建立起抗蟲防御的"聯(lián)盟"。這是首次從分子水平揭示了菟絲子連接的植物微群落中，菟絲子和寄主、寄主與寄主間復(fù)雜的相互作用關(guān)系，此研究對了解抗蟲系統(tǒng)性信號也有較重要的意義，也對農(nóng)業(yè)上治理寄生植物危害提供了新的啟示。究者描述了一些從南非巖芯中獲取的擁有24億年歷史的化石，并使用了微觀和光譜技術(shù)確