提到寄生蟲，人們很容易聯想到寄生的動物或微生物。但你知道嗎？其實植物界中也有“寄生蟲”哦！

地球上絕大多數植物為“自養型”，它們自立更生，從土壤中吸取養分，依靠自身光合作用獲取生長能量。然而在被子植物中，進化出了至少12類，近5000種寄生植物，它們“好吃懶做”，寄生在其他植物上並偷取營養。蛇菰（gū）科植物就是全寄生植物的典型代表之一。

理解此類植物的演化歷程及生活機制，對探究物種起源、萬物生長具有重要意義。9月21日，深圳華大生命科學研究院聯合昆明植物所、英屬哥倫比亞大學等單位，合作完成了兩種蛇菰的基因組解析，揭示了其獨特形態和特殊生活方式的背後機制，相關成果發表于國際期刊《自然-植物》（Nature Plants）。

蛇菰雖形似蘑菇，卻是實打實的高等植物，其主要器官為根莖和花。一般的寄生植物會把吸收營養的器官伸進宿主體內，而蛇菰卻能將宿主的維管組織（有輸導水分和營養的功能）誘導到自己體內，如同將別人家的水管連到自己家中。這種獨特的寄生方式能幫助蛇菰更好地獲取養分。

杯莖蛇菰的野外生活環境（左圖，拍攝者：魏澤，中國植物圖像庫）；杯莖蛇菰的根莖，花葶，以及與寄主根的連接（中圖）；球穗蛇菰不同的生長髮育階段（右圖）

與自養植物相比，寄生植物發生了不同數量的基因丟失。根據過往發表的文章，大花草科植物寄生花（全寄生）丟失了約44%的基因、旋花科植物菟絲子（介於全寄生和半寄生之間）丟失了約11.7%的基因、列當科植物松蒿和馬先蒿（半寄生）則丟失了約2.4%-3.0%的基因......

來自5個類群的寄生植物形態及一些關鍵功能的基因丟失

研究團隊通過比較此次新組裝的蛇菰科的兩個物種——杯莖蛇菰和球穗蛇菰，與半寄生植物小紅花寄生，以及如上提及的幾種寄生植物，發現半寄生植物丟失了相對少量的基因，而全寄生的蛇菰和寄生花卻發生了大量的基因丟失（分別為28%和38%），且兩個類群丟失的基因大部分是相同的，這也是目前研究人員在植物中發現的最大程度的基因丟失。

“儘管蛇菰和寄生花形態不同，由不同的祖先獨立進化到現在，但它們丟失的共同基因卻分別佔到各自丟失的60%和80%。”華大生命科學研究院的陳曉麗博士補充道，“這兩個類群很像大自然做了兩次不同的實驗，但是得到了非常類似的結果。我們推斷，其他全寄生植物類群儘管形態各異，但也有可能發生相似的基因丟失。”

伴隨著光合作用功能的喪失，蛇菰和寄生花丟失了幾乎全部與此相關的基因；同時，與根部發育、氮的吸收、開花調節等重要功能相關的基因也發生了大量丟失；此外，一般植物會保留多個相似的基因用於信號傳遞、代謝或環境適應等，形成一些多基因家族，而蛇菰和寄生花在這些家族中卻傾向於只保留一個基因。這從側面展示了全寄生植物在進化歷程中基因丟失的程度及方式，反映了基因丟失在進化中所發揮的的強大力量。

另一個有趣的發現是，蛇菰和寄生花丟掉了脫落酸主要合成通路的大部分基因，而此次研究卻在蛇菰的花序中發現了脫落酸積累和響應基因的高表達。研究人員猜測，蛇菰可能直接利用了宿主中合成的脫落酸，這代表了寄生植物與宿主互作的一種全新的形式。

文章共同通訊作者、加拿大英屬哥倫比亞大學Graham教授認為，“寄生植物的基因丟失大部分能與不需要的功能聯繫起來。但我們推斷，有一些基因丟失對寄生植物來説是有益的，如上述脫落酸合成通路相關基因的丟失，能保證寄生植物與宿主保持生理上的同步，可能更有利於自身的存活。”

前文提到蛇菰能將宿主的維管組織誘導到自己體內，形成一種嵌合體。對宿主來説，與另一物種接觸會導致較強的免疫反應，研究發現，水楊酸在宿主的根中積累，而蛇菰在二者交接處高表達了一些用於分解或負調節水楊酸的基因。研究人員推斷，蛇菰可能通過減弱水楊酸的作用來降低宿主的免疫反應，這也是首次發現寄生植物與宿主之間會通過水楊酸來互相較量。

文章共同通訊作者、深圳華大生命科學研究院劉歡研究員認為：“此次研究揭示了寄生植物與宿主之間複雜的互作關係，有助於我們了解寄生植物的進化機制，對農業中特別是一些寄生雜草的控制有非常大的幫助。”

深圳華大生命科學研究院陳曉麗、方東明，中國科學院昆明植物所許宇星為該論文共同第一作者。深圳華大生命科學研究院劉歡，加拿大英屬哥倫比亞大學Sean W. Graham 為論文共同通訊作者。該項目得到深圳市科技創新委員會（No. JCYJ20160331150739027、KCXFZ20201221173013035）基金的支援。該項目是萬種植物基因組計劃的一部分（https://db.cngb.org/10kp/），同時也得到了中國國家基因庫（www.cngb.org）的支援。

原文連結：https://www.nature.com/articles/s41477-023-01517-7