杂草、水稻傻傻分不清 这场谍战已经打了千年
2019-09-19 17:59来源:钱江晚报

  浙大科学家最新研究发现,模仿秀这股风还刮到了稻田里

  杂草水稻傻傻分不清这场谍战已经打了千年

  左边为水稻幼苗;中间和右边为稗草幼苗。

  现在的女孩子,为了减肥,已经到了谈白米饭色变的地步。

  但你知道,一碗白米饭来的有多不容易吗?

  今天,我们来讲田间的一场谍战——为了活下来,水稻有多努力,杂草也有多努力。

  它,就是稗(读bai)草,稻田间头号杂草。浙大樊龙江教授团队就找到了稗草与水稻相争的“秘密武器”,它能分泌一种叫丁布的次生代谢产物,可以明显抑制水稻生长。

  为了避免人类的“驱逐”,樊教授团队最新发现,稗草还有更厉害的技能,它竟学会了“乔装术”,从原来松垮贴地的懒样子,进化出今天亭亭玉立的模样,与水稻越长越像。

  这篇关于“稻田水浅,江湖水深”的论文,于2019年9月16日发表于《自然·生态与进化》杂志。

  田间模仿秀它是冠军

  在稻田中,稗草居15种恶性杂草之首,是农民喷施除草剂最主要的目标。

  “如果不用除草剂,农民都不知道怎么种地了。”这种说法还真不是太夸张,如果不想办法除掉它,两个月后的丰收季节,整片稻田都要被稗草承包了。

  其实,从亲缘关系看,稗草与小麦、玉米的关系更近。但不知从什么时候起,稗草却和水稻伴生在一起了,而且在外形、生长期和营养的需求上,与水稻越来越接近。

  研究人员对从我国长江流域的稻田及周边采集到的328份稗草,进行了研究。从外形上看,水田的稗草与旱地的稗草有着明显差异:旱地稗草长相比较随机,大多数稗草趴地横长,茎基部呈现红色,完全不像水稻;而水田间的稗草就很有“稻”样,特别是在苗期,它们有模有样地收起了分蘖(读作niè)和叶子的夹角,和水稻一样向上生长。

  第一个注意到稗草高明“乔装术”的,是前苏联著名植物学家瓦维诺夫。上世纪30年代,他从进化角度提出一个观点:农田杂草与作物相像,是杂草适应性进化的产物,就是为了躲避农民拔除。

  由于缺乏实验证据,学术界对这一观点一直存在争议。“我们对这328份样本进行了基因组重测序,”樊龙江说,“人类行为加速了稗草的进化,无意中产生了类似驯化的选择效应。”

  相对于动物拟态,科学界对于作物拟态尚无定论,樊龙江团队第一次从基因组学研究角度,证实了作物拟态的存在。

  被人类逼出“稻”样

  樊龙江介绍,通过全基因组遗传变异分析,发现328份稗草材料可以明显分为3个组——拟态组、非拟态组及中间类型。

  与非拟态稗草组相比,拟态稗草的遗传多态性降低,“这表明稗草在拟态过程中受到了定向选择。”樊龙江说。

  “稗草拟态水稻是被迫的。”樊龙江介绍,团队通过群体进化分析表明,长江流域拟态稗草起源于非拟态稗草,大约发生在1000年前的宋朝。

  “当时正处在人口激增、南方水稻替代麦类作物成为主粮的转型时期。可能正是在那一时期,人们开始实施水稻的精耕细作,拔除田间杂草。”

  樊龙江举了一些从宋朝农书和诗词中找到的证据:比如朱熹《劝农书》中记载“禾苗既长,稗草亦生,须是放干田水,仔细辨认,逐一拔出,踏在泥里,以培禾根”;方回诗词中则有“农田插秧秧绿时,稻中有稗农未知。稻苗欲秀稗先出,拔稗饲牛唯恐迟”。

  稗草为了逃过人类的拔除,不得不快速进化,让自己长得更像水稻,体内像水稻的基因也得以保留下来。

  比如一个叫“LAZY1”的基因,这是一个植物感知并响应重力的关键基因,可以调控作物的分蘖角度。研究发现,在有拟态现象的稗草中,相关同源基因多态性降低,出现了高度一致,显示出被进化选择的痕迹。

  这项研究首次解析了植物拟态进化分子机制,在进化生物学上具有重要意义。此外,研究结果为解析农田杂草起源与控制、株型相关基因挖掘与利用等方面也提供给了研究线索。(记者章咪佳通讯员周炜)

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责任编辑:张林,赖旭华

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