协 同

水玉簪属植物与真菌伴侣的互作模式

菌根是地球上最普遍存在的植物—真菌共生体系。在这一体系中，植物从真菌处获得矿质元素。作为回报，植物将光合作用固定的有机碳等回馈于真菌。这种共生关系被认为在植物从水生拓展到陆地的过程中发挥了至关重要的作用，并随后在植物的多样性演化中也扮演了重要角色，成为研究植物—真菌互作的模式体系。自然界中有一大类植物寄生于光合自养植物与真菌形成的共生体系之上（第三方欺骗者），它们从菌根真菌获取有机营养物质但并不对真菌进行回报，以此形成了真菌异养的寄生生活方式。寄生植物与其真菌伴侣之间究竟存在怎样的互作关系，即这些植物究竟以什么样的模式选择真菌始终是未解之谜。近期，研究者采集了国内及东南亚分布的水玉簪属中从光合自养、半异养到完全真菌异养的十几个种的居群样品，以高通量测序的手段鉴定植物根内的真菌群落并进行了多样性分析，发现完全真菌异养的植物种对真菌组成有特殊偏好性。这种偏好性表现出植物种内居群间的稳定性，并在不同植物种间存在差异，表明全真菌异养植物选择目标真菌并非“就地招募”。与之相较，光合自养种没有这种偏好性，而半自养种仅表现出居群内偏好性，暗示着全真菌异养植物对真菌的这种偏好性可能是逐渐进化而来。全真菌异养植物为什么会产生对真菌的偏好性？该研究认为，这种偏好性有利于植物个体高效地从真菌处获得养分，以满足其快速生长发育的营养需求，同时又尽可能避免过度依赖特定真菌从而限制其传播分布，因而是植物在真菌特异性和多样性之间的一种平衡策略。研究还发现，一直以来备受期待的植物—真菌协同进化并没有发生在真菌异养植物和其关联的真菌之中。（The ISME Journal，2021，https://doi.org/10.1038/s41396-020-00874-x）

鳞翅目昆虫通过嗅觉与被子植物协同进化

鳞翅目昆虫包括蛾子和蝴蝶两大类，是地球生态系统中最重要的生物类群之一。绝大多数鳞翅目昆虫的幼虫会危害各类农作物，而成虫多取食花蜜来补充营养。植物在生长过程中会释放复杂的植物挥发物，而在与植物的共进化过程中，鳞翅目昆虫也形成了高度灵敏特异的嗅觉系统来识别各类植物挥发物，从而寻找到寄主植物并完成取食、产卵等行为。对于植食性昆虫如何识别寄主挥发物的分子机理却知之甚少。近期，研究者绘制了棉铃虫气味受体家族编码寄主植物挥发物的功能图谱，揭示了棉铃虫气味受体通过组合编码的方式识别复杂的寄主挥发物，回答了为什么鳞翅目害虫只有几十个气味受体却能编码成千上万种气味分子的疑问。在此基础上进一步发现识别寄主植物花香气味的受体在鳞翅目昆虫中高度保守。该受体的出现伴随鳞翅目昆虫管状喙的产生，与被子植物的爆发时间一致。（Molecular Biology and Evolution 2020, msaa300,）

领地红松鼠在与邻居友好相处时寿命更长

陌生的邻居

熟悉的邻居

几乎人类所有的文化中都有鼓励与人为善的传统，其实其中具有深厚的生物学基础。红松鼠是一种独居且有领地性的物种，但一项对加拿大育空地区红松鼠长达22年的研究表明，年复一年地住在同一个邻居附近的红松鼠有着更高的生存几率和更多的后代。红松鼠的邻居是否与它们有亲缘关系并不重要，相反这些环境适应性好处取决于熟悉程度，即与同一批松鼠邻居生活时间的长度。这些好处在年老松鼠身上表现得更明显，数据表明，年老松鼠可以通过每年维持邻里关系大大抵消衰老带来的影响。每年夏天，研究者为每只松鼠带上有颜色的耳标，这样就可以记录谁住在哪里，谁共享领地边界。早先的观察显示，拥有稳定社会关系的红松鼠——部分是通过发出防御性的“响动”来确定身份的——不太可能侵入对方的领地，偷取对方的食物。一旦它们住在一起的时间足够长，在这些领土边界上达成一致，它们就像是达成了绅士协议。这种在熟悉邻居间攻击性减弱的现象，被称为“亲爱的敌人”现象，之前已经在许多物种中被证实。在本项目中，研究者开始研究，对于那些生活在血亲附近的松鼠，或者生活在非血亲附近多年的松鼠，它们的生存和繁殖是否有任何变化。结果显示，近亲生活并没有带来任何生物学上的好处——这令人惊讶，因为拥有相同基因的动物通常更有可能对彼此表现出利他主义。但研究者确实发现，不管亲缘关系如何，松鼠邻居彼此生活的时间越长，它们越有可能活到下一年并产生更多后代。对年老松鼠来说，这种熟悉的好处就更明显了。熟悉带来的好处足以完全抵消衰老带来的负面影响。例如，对于一只4岁大的红松鼠，经过一年，它们的生存几率从68%下降到59%。但如果那只松鼠还能维持住它与所有邻居的联系，存活的概率实际上会从68%增加到74%。然而，只有一小部分的松鼠会与邻居保持联系，所以并不是所有的松鼠都能在年老时体验到熟悉邻居的好处。为了确保他们的研究结果反映的是邻居之间熟悉程度的影响，而不是因为特别好的栖息地或捕食低风险的局部地区，研究者测试了生存和繁殖成功的空间相关性，发现这种相关性很少见而且不一致。（Current Biology 2020, https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.10.072）

菌寄生真菌的伎俩

菌瘿伞属（Squamanita）真菌是一类十分罕见的菌寄生真菌，成熟后的菌瘿伞看起来好像是嫁接在另外一种蘑菇上。但本质上是菌瘿伞通过菌丝将“受害者”（宿主）绞杀致死，以达到“借尸还魂”的目的。过去，该属全球仅报道有12个种，在我国仅记载有2份标本。由于研究材料难以获得，该属及其近缘属的科级归属一直未有定论，物种概念也不明确。此前，研究人员一般根据外形特征来推断“受害者”是什么，但由于寄主往往会改变“受害者”的外形，推断结果未必可靠。近期，研究者在广泛采样、借阅国内外标本馆馆藏标本和与国内外同行合作的基础上，构建了菌瘿伞属及其近缘属的系统发育框架，对寄主和宿主进行了研究，结果显示菌瘿伞属、囊皮伞属、褐伞属、卷毛菇属和白鳞伞属为独立的支系，这5个属共同构成支持率较高的科级主支，即菌瘿伞科。菌瘿伞属与白鳞伞属和卷毛菇属有较近的亲缘关系。菌瘿伞属的3个新物种的宿主皆为鹅膏属的物种，但各不相同。发现北半球广布的“脐凸菌瘿伞”并非单个物种，它包括至少4个物种，隶属2个不同的物种复合群。（IMA Fungus 2021，12:4）

植物免疫系统协同御敌新机制

植物在生长发育过程中，会不时面临着复杂恶劣的环境挑战，其中包括来自于各种病原微生物（例如细菌、真菌和卵菌等）的攻击。植物在与病原菌长期“博弈”的过程中，进化出了免疫系统。植物通过细胞膜表面的受体蛋白识别病原菌的一些分子，如鞭毛蛋白，从而激活第一层免疫系统（称为PTI）来抵抗病原菌的入侵。作为对策，成功入侵的病原菌会通过向植物细胞内分泌一类毒性蛋白，从而反过来攻击植物的免疫系统，以利于其侵染植物。“魔高一尺道高一丈”，植物会通过另外一类受体蛋白感知病原菌的一些毒性蛋白，从而触发第二层免疫系统（称为ETI）激活更强烈的免疫反应来抵抗病原菌。PTI和ETI这两层免疫系统是由不同免疫受体识别不同的病原菌来源的分子，并且免疫受体激活的机制有很大不同。之前绝大多数植物免疫领域的研究都是将两条免疫通路作为两个独立平行的免疫分支，来分别寻找两个通路中的重要元件及其如何调控植物的防御反应。但PTI和ETI这两层免疫系统之间的关系一直以来尚不清楚，这也成为了植物免疫领域尚待解决的重要科学问题之一。近期，研究者发现在第一层免疫系统PTI缺失的植物中，也很大程度丧失了由第二层免疫系统ETI介导的植物抗病能力。这一现象表明植物的PTI免疫系统相对于ETI免疫系统不可或缺。第一层免疫系统对激活第二层免疫系统输出正常的免疫反应，尤其是在调控活性氧的产生方面起有重要作用。活性氧作为能够直接杀死病原菌的分子及放大植物其他免疫事件的信号，对植物抵抗病原菌的入侵具有重要作用。植物两大类免疫通路PTI和ETI并不是独立发挥功能，而是存在相互放大的协同作用，从而保障植物在应对病原菌的入侵时能够输出持久且强烈的免疫响应。（Nature 2021， https://doi.org/10.1038/s41586-021-03316-6）