馴化影響水稻與共生菌根菌的互動

更新於 發佈於 閱讀時間約 3 分鐘

馴化(domestication)對作物的影響,最明顯的就是發生所謂的「馴化症候群」(domestication syndrome):可食的部分變得更大更美味、更方便採集等等。但是最近的研究也發現,由於育種改變了植物的生理特性,所以也反過來對植物周圍的環境產生了影響。


之前在大麥的研究就發現,馴化品系的大麥因為根部分泌更多的六碳糖,導致根圈微生物有較多的假單胞菌(Pseudomonas)與草酸桿菌科的Massilia。最近的研究以水稻為材料,比較野生稻 (Oryza rufipogon) 和馴化稻 (Oryza sativa) 與不規則根孢囊菌(Rhizophagus irregularis)的互動。


為什麼選擇這隻菌,可能是因為它是分布最廣泛的共生菌根菌之一,與許多植物都會形成共生關係,具有代表性;另外,它已被廣泛研究,其基因體已定序完成,且有許多可用的分子工具,便於研究其與植物的相互作用。


結果發現,與野生稻相比,馴化稻的菌根生長反應和定殖強度顯著降低,顯示馴化可能導致水稻對共生菌根菌的依賴性降低。另外,馴化水稻對共生菌根菌的防禦反應增強,包括根部木質化、細胞壁強化以及防禦性植物激素(包括吉貝素、茉莉酸和乙烯)和次級代謝產物的合成增加。此外,¹³C同位素標記實驗顯示,馴化水稻對共生菌根菌的碳供應減少,這可能是由於將碳分配優先用於地上種子生產的緣故。


為什麼會有這些現象呢?研究團隊認為,在育種的過程中經常會選育抗病力比較強的品系,這或許是為何馴化品系對共生菌根菌的防禦反應增強的原因之一;另外,育種的另一個重要目標是提高產量,這也會選育出將碳優先分配於地上部分的種子生產的品系,導致分配給地下部分的資源減少,當然能提供給共生真菌的養分自然也減少了。


同樣的,研究團隊也發現,馴化稻對磷的利用效率提高,但是對菌根磷吸收途徑的轉錄活性較低,這意味著馴化稻對菌根提供的磷的依賴性降低,而自身對磷的利用效率提高。進一步的研究發現了HA1, AM10, EXO70I這三個基因,它們也與植物對磷的獲取和轉運有關,其中HA1在維持共生菌根菌共生和促進共生磷酸鹽轉運方面發揮著關鍵作用,EXO70I則參與了叢枝周圍膜(periarbuscular membrane)的形成。


總而言之,馴化對水稻與共生真菌之間的互動,可能也發揮了關鍵的影響。後續還需要更多研究來幫助我們了解,這些改變如何對土壤的性質造成影響。


參考文獻:


Li, Y., Chen, H., Gu, L., Wu, J., Zheng, X., Fan, Z., Pan, D., Li, J.-t., Shu, W., Rosendahl, S. and Wang, Y. (2024), Domestication of rice may have changed its arbuscular mycorrhizal properties by modifying phosphorus nutrition-related traits and decreasing symbiotic compatibility. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19901


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❦ 莊小昕-avatar-img
2024/06/11
謝謝老師分享,這篇真的很好看,點出許多肉眼看不見的祕密!馴化植物→根系菌相→土壤!!原來還有所謂馴化症候群一詞啊~~~
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老葉報報
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主要介紹關於植物的新資訊,但是也會介紹一些其他的。 版主在大學教植物生理學,也教過生物化學。 如有推薦書籍需求,請e-mail:susanyeh816@gmail.com
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