馴化影響水稻與共生菌根菌的互動

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