浙大科學(xué)家最新研究發(fā)現(xiàn)，模仿秀這股風(fēng)還刮到了稻田里

雜草水稻傻傻分不清 這場(chǎng)諜戰(zhàn)已經(jīng)打了千年

左邊為水稻幼苗;中間和右邊為稗草幼苗。

現(xiàn)在的女孩子，為了減肥，已經(jīng)到了談白米飯色變的地步。

但你知道，一碗白米飯來(lái)的有多不容易嗎?

今天，我們來(lái)講田間的一場(chǎng)諜戰(zhàn)——為了活下來(lái)，水稻有多努力，雜草也有多努力。

它，就是稗(讀bai)草，稻田間頭號(hào)雜草。浙大樊龍江教授團(tuán)隊(duì)就找到了稗草與水稻相爭(zhēng)的“秘密武器”，它能分泌一種叫丁布的次生代謝產(chǎn)物，可以明顯抑制水稻生長(zhǎng)。

為了避免人類(lèi)的“驅(qū)逐”，樊教授團(tuán)隊(duì)最新發(fā)現(xiàn)，稗草還有更厲害的技能，它竟學(xué)會(huì)了“喬裝術(shù)”，從原來(lái)松垮貼地的懶樣子，進(jìn)化出今天亭亭玉立的模樣，與水稻越長(zhǎng)越像。

這篇關(guān)于“稻田水淺，江湖水深”的論文，于2019年9月16日發(fā)表于《自然·生態(tài)與進(jìn)化》雜志。

田間模仿秀它是冠軍

在稻田中，稗草居15種惡性雜草之首，是農(nóng)民噴施除草劑最主要的目標(biāo)。

“如果不用除草劑，農(nóng)民都不知道怎么種地了。”這種說(shuō)法還真不是太夸張，如果不想辦法除掉它，兩個(gè)月后的豐收季節(jié)，整片稻田都要被稗草承包了。

其實(shí)，從親緣關(guān)系看，稗草與小麥、玉米的關(guān)系更近。但不知從什么時(shí)候起，稗草卻和水稻伴生在一起了，而且在外形、生長(zhǎng)期和營(yíng)養(yǎng)的需求上，與水稻越來(lái)越接近。

研究人員對(duì)從我國(guó)長(zhǎng)江流域的稻田及周邊采集到的328份稗草，進(jìn)行了研究。從外形上看，水田的稗草與旱地的稗草有著明顯差異：旱地稗草長(zhǎng)相比較隨機(jī)，大多數(shù)稗草趴地橫長(zhǎng)，莖基部呈現(xiàn)紅色，完全不像水稻;而水田間的稗草就很有“稻”樣，特別是在苗期，它們有模有樣地收起了分蘗(讀作niè)和葉子的夾角，和水稻一樣向上生長(zhǎng)。

第一個(gè)注意到稗草高明“喬裝術(shù)”的，是前蘇聯(lián)著名植物學(xué)家瓦維諾夫。上世紀(jì)30年代，他從進(jìn)化角度提出一個(gè)觀點(diǎn)：農(nóng)田雜草與作物相像，是雜草適應(yīng)性進(jìn)化的產(chǎn)物，就是為了躲避農(nóng)民拔除。

由于缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)，學(xué)術(shù)界對(duì)這一觀點(diǎn)一直存在爭(zhēng)議。“我們對(duì)這328份樣本進(jìn)行了基因組重測(cè)序，”樊龍江說(shuō)，“人類(lèi)行為加速了稗草的進(jìn)化，無(wú)意中產(chǎn)生了類(lèi)似馴化的選擇效應(yīng)。”

相對(duì)于動(dòng)物擬態(tài)，科學(xué)界對(duì)于作物擬態(tài)尚無(wú)定論，樊龍江團(tuán)隊(duì)第一次從基因組學(xué)研究角度，證實(shí)了作物擬態(tài)的存在。

被人類(lèi)逼出“稻”樣

樊龍江介紹，通過(guò)全基因組遺傳變異分析，發(fā)現(xiàn)328份稗草材料可以明顯分為3個(gè)組——擬態(tài)組、非擬態(tài)組及中間類(lèi)型。

與非擬態(tài)稗草組相比，擬態(tài)稗草的遺傳多態(tài)性降低，“這表明稗草在擬態(tài)過(guò)程中受到了定向選擇。”樊龍江說(shuō)。

“稗草擬態(tài)水稻是被迫的。”樊龍江介紹，團(tuán)隊(duì)通過(guò)群體進(jìn)化分析表明，長(zhǎng)江流域擬態(tài)稗草起源于非擬態(tài)稗草，大約發(fā)生在1000年前的宋朝。

“當(dāng)時(shí)正處在人口激增、南方水稻替代麥類(lèi)作物成為主糧的轉(zhuǎn)型時(shí)期。可能正是在那一時(shí)期，人們開(kāi)始實(shí)施水稻的精耕細(xì)作，拔除田間雜草。”

樊龍江舉了一些從宋朝農(nóng)書(shū)和詩(shī)詞中找到的證據(jù)：比如朱熹《勸農(nóng)書(shū)》中記載“禾苗既長(zhǎng), 稗草亦生, 須是放干田水, 仔細(xì)辨認(rèn), 逐一拔出, 踏在泥里, 以培禾根”;方回詩(shī)詞中則有“農(nóng)田插秧秧綠時(shí)，稻中有稗農(nóng)未知。稻苗欲秀稗先出，拔稗飼牛唯恐遲”。

稗草為了逃過(guò)人類(lèi)的拔除，不得不快速進(jìn)化，讓自己長(zhǎng)得更像水稻，體內(nèi)像水稻的基因也得以保留下來(lái)。

比如一個(gè)叫“LAZY1”的基因，這是一個(gè)植物感知并響應(yīng)重力的關(guān)鍵基因，可以調(diào)控作物的分蘗角度。研究發(fā)現(xiàn)，在有擬態(tài)現(xiàn)象的稗草中，相關(guān)同源基因多態(tài)性降低，出現(xiàn)了高度一致，顯示出被進(jìn)化選擇的痕跡。

這項(xiàng)研究首次解析了植物擬態(tài)進(jìn)化分子機(jī)制，在進(jìn)化生物學(xué)上具有重要意義。此外，研究結(jié)果為解析農(nóng)田雜草起源與控制、株型相關(guān)基因挖掘與利用等方面也提供給了研究線索。(記者 章咪佳 通訊員 周煒)

關(guān)鍵詞： 雜草 水稻