從中國(guó)農(nóng)科院獲悉，《自然·通訊(Nature Communication)》于1月17日在線發(fā)表中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所萬(wàn)方浩、錢(qián)萬(wàn)強(qiáng)和樊偉團(tuán)隊(duì)關(guān)于重要入侵植物薇甘菊(Mikania micranth)的研究成果，多角度揭示了薇甘菊在全球入侵過(guò)程中的環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)化和快速生長(zhǎng)的分子機(jī)制，為有效防治和管控薇甘菊進(jìn)一步入侵提供了理論依據(jù)。

薇甘菊又叫“一分鐘一英里雜草”，屬蔓藤植物，繁殖能力強(qiáng)，既可有性繁殖，又能無(wú)性繁殖。生長(zhǎng)速度快，可攀爬、抑制或殺死其他植物，被稱為“植物殺手”、“生物多樣性終極殺手”。薇甘菊原產(chǎn)于中美洲和南美洲，隨后入侵到東南亞、南太平洋的多個(gè)國(guó)家，已被列入世界上最有害的100種外來(lái)入侵物種之一，也是中國(guó)首批外來(lái)入侵物種。

薇甘菊在我國(guó)已擴(kuò)散到廣東、廣西、云南、海南等地，是華南地區(qū)危害最大的入侵植物之一，僅珠三角地區(qū)每年就因?yàn)檗备示盏姆簽E造成生態(tài)經(jīng)濟(jì)損失近10億元。

圖1 薇甘菊危害及全球分布圖

為從根本上解析薇甘菊快速生長(zhǎng)和入侵的機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了染色體水平的高質(zhì)量薇甘菊參考基因組，利用比較基因組學(xué)、代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和土壤宏基因組學(xué)技術(shù)，從薇甘菊的光合作用、化感物質(zhì)、與土壤微生物作用等幾方面揭示了其快速生長(zhǎng)和環(huán)境適應(yīng)的分子機(jī)制。

研究發(fā)現(xiàn)，薇甘菊大約3千萬(wàn)年前與近緣物種向日葵分化，由于一次近期的全基因組二倍化和大量的片段復(fù)制事件，使其光合反應(yīng)與暗反應(yīng)、氮磷鉀的代謝和運(yùn)輸?shù)然蚣易灏l(fā)生顯著的擴(kuò)張。

研究發(fā)現(xiàn)，薇甘菊屬于C3植物，但可在白天和夜晚分別利用不同的光合途徑進(jìn)行二氧化碳的固定，使其凈光合速率接近于C4植物，充足的碳水化物導(dǎo)致了它的快速生長(zhǎng)特性。同時(shí)，薇甘菊還可以通過(guò)自身的化感物質(zhì)有效地富集固氮菌和氨化細(xì)菌，加速了根際土壤的養(yǎng)分循環(huán)，為其快速的生長(zhǎng)提供充足養(yǎng)分。

圖2薇甘菊快速生長(zhǎng)的分子機(jī)制

該成果揭示了薇甘菊快速生長(zhǎng)和入侵過(guò)程中的環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)化機(jī)制，對(duì)于下一步從分子水平開(kāi)展精準(zhǔn)防控提供了理論依據(jù)，對(duì)于利用基因組學(xué)技術(shù)開(kāi)展入侵生物的防治提供了參考，也為保障生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)和技術(shù)支撐。