科研进展

随着国际贸易全球化的不断深入，生物入侵问题愈发严峻，对入侵生境中的生态平衡、生物多样性、甚至人类健康均存在严重影响。明确其入侵机制被认为是有效防控外来入侵生物威胁的基石。近日，我院青年教师田宝良在丁建清教授和张学斌教授的指导下，综合利用基因组学、转录组学、代谢组学等多学科研究技术，对植物入侵机制进行了深入探究，研究成果以“Gene expression controlling signalling molecules within mutualistic associations of an invasive plant: An evolutionary perspective”为题发表在英国生态学会旗舰期刊Journal of Ecology上，IF=5.3。相关研究成果为探究外来植物入侵机制提供了新视角，丰富了入侵生态学理论。

关于外来植物入侵机制，已有很多研究提出入侵植物在建立新的互作关系过程中，不仅涉及化学机制，还与基因的遗传演化有关。作者所在团队前期研究已从化学生态学方面明确了入侵植物中类黄酮和独脚金内酯的代谢增强，是促进丛枝菌根真菌（AMF）侵染和植物成功入侵的重要驱动因子（Tian et al. 2021, ISME Journal; Yu et al. 2022, New Phytologist）。然而，关于入侵植物增强这些化学物质代谢的分子机制还未明确。本研究便以乌桕（Triadica sebifera）的12个入侵种群和原产地种群为研究对象，首先通过同质园实验和化学添加实验，证实了来自入侵种群的植株根系分泌物中独脚金内酯（strigolactone），5-脱氧独脚金醇（5-DS）的浓度显著高于原产地种群，且对丛枝菌根真菌的定殖具有显著促进效应；而后对所有实验种群中的植株进行了简化基因组分析，明确了入侵种群和原产地种群间的种群遗传结构及其各种群间的亲缘关系；并基于入侵种群和原产地种群的亲缘关系，进行了转录组学分析和特定基因表达与代谢物的定量分析，从而确定了乌桕中调控类黄酮物质槲皮素和植物激素5-脱氧独脚金醇的关键基因序列，以及相关基因序列在入侵种群中的表达演化与槲皮素和独脚金内酯的密切关系。

由此可见，本研究利用分子生物学技术证明了植物遗传基因的表达演化是增强入侵植物与丛枝菌根真菌共生的根本原因，对促进外来植物成功入侵起着关键作用。因为这些基因遗传演化引起的化学物质代谢变化在入侵植物建立新的生物互作关系过程中占有举足轻重的地位。这一机制的提出在国际入侵生态学领域尚属首次，为今后外来入侵植物的分子生物学机制研究奠定了良好的理论基础。

河南大学为该成果的第一和唯一通讯单位。河南大学生命科学学院丁建清教授和张学斌教授为共同通讯作者，青年教师田宝良副教授为第一作者，美国莱斯大学Evan Siemann教授，中国科学院东北地理与农业生态研究所李伟强研究员，安阳工学院张树林副教授和河南大学生命科学学院张君丽博士以及博士毕业生裴颖春参加了此项研究。研究得到国家自然科学基金项目（31971558，31770414和31600300）的资助。

论文链接：https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-2745.14357