植物

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描绘最早的花朵

近一个半世纪以来，开花植物的起源及其对全世界栖息地的快速征服一直是个谜。1879年，查尔斯·达尔文将其描述为"令人讨厌的谜"，即虽然花朵在生命的历史中进化得很晚，但仍能取代含有种子的松树和苏铁植物。如今，开花植物占到植物的9/10。这意味着它们的数量远远超过诸如在3.5亿～3.1亿年前出现的针叶树等曾经占主导地位的种子植物。尽管如此，研究它们的进化起源非常棘手：花朵的脆弱意味着它们极少成为化石。Montsechia vidalii是迄今发现的最古老的开花植物化石的一种，生活在1.3亿年前。然而，开花植物首次出现的时间被认为要早于此，约为2.5亿～1.4亿年前的时间段。为探寻第一朵花是什么样子的，研究者花费6年时间，分析了几乎每种开花植物的解剖学证据，以确认它们最原始的特征。研究者将获得的结果同来自分子分析的日期进行了校准，构建了进化树，并且对花朵进化的最早期阶段进行了建模。他们发现，最早的花朵可能拥有11个或者更多被片和雄蕊，并且通常分为3组，同时携带着雄性和雌性繁殖结构。和任何现存的花朵不同，它以一种独特的方式被排列起来。第一朵花有多大目前尚不明确，它的直径可能只有1厘米，或者不到1厘米。一个惊奇之处在于同大多数现存花朵相比，第一朵花拥有如此多的花瓣状被片。减少它们的数量使随后的花朵得以发育出一系列令人眼花缭乱的形状和大小，并在之后随着动物传粉者在全球广泛扩散而走向多样化。（Nature Communications 2017，8:16047）

菟丝子在不同寄主间传递系统性信号

寄生是一种比较常见的互作关系。在被子植物中，寄生植物有3000多种，占到大约1%。寄生植物通过一个特殊的器官-吸器，从寄主获取营养、水分等生长所需物质，寄主生长和繁殖也因此受到严重影响。菟丝子是旋花科的茎全寄生植物，其大多数种类的叶片和根在进化过程中已经完全退化消失，只有少数种类还残存微弱的光合能力。近来有研究表明，除了水分和营养，很多物质都能够在菟丝子和寄主之间运输，包括蛋白质、mRNA以及次生代谢物等。然而，菟丝子与寄主间的相互作用研究还非常缺乏。自然界中，菟丝子常常能够同时寄生在多个邻近的寄主上，从而将不同的寄主连接起来。近期，研究者创新性地提出了"菟丝子及其连接的不同寄主形成微群落"这一崭新概念，并且发现在这种微群落中，菟丝子能在不同寄主植物间传递有生态学效应的抗虫系统性信号。研究者利用菟丝子将不同寄主植物进行了连接，当对其中一株寄主植物做昆虫取食处理后发现，被取食叶片产生了某种系统性抗虫信号，这些信号能够被运输到被处理植物的其它部分并诱导抗虫响应；更重要的是，系统性信号能够通过菟丝子传递到微群落中的其它寄主植物，从而诱导转录组和代谢物响应并提高其抗虫性。该系统性抗虫信号在不同物种间非常保守，甚至可以在不同科的寄主植物间传递并诱导抗虫性，而且茉莉酸在此系统性信号的产生或传递过程中扮演着重要的角色。他们的研究还指出，菟丝子传导的抗虫系统性信号产生和传播速度非常快（大约1厘米/分钟），而且还可以远距离传递（超过100厘米）。尽管寄生植物一向被视为为对寄主"有害无益"，该研究表明，菟丝子在某些条件下可以帮助不同寄主之间建立起抗虫防御的"联盟"。这是首次从分子水平揭示了菟丝子连接的植物微群落中，菟丝子和寄主、寄主与寄主间复杂的相互作用关系，此研究对了解抗虫系统性信号也有较重要的意义，也对农业上治理寄生植物危害提供了新的启示。究者描述了一些从南非岩芯中获取的拥有24亿年历史的化石，并使用了微观和光谱技术确