最新动态
您当前所在位置:首页 > 新闻中心 > 最新动态

美丽的害草加拿大一枝黄花是如何成功入侵中国的?

发布者:王园园 |来源:南京农业大学杂草研究室|发布时间:2020-03-15

        原产于北美温带地区的加拿大一枝黄花入侵我国长江流域并继续在向南扩张,入侵种群要比原产地优势十分明显,一旦定植几乎其它植物全部绝迹,对景观、农林业以及生态环境和多样性产生巨大负面影响。南京农业大学杂草研究室最近发表一系列论文揭示加拿大一枝黄花多倍化提高竞争和适应能力快速演化成功入侵的入侵生物学机制。

      1. 2020年2月24日,Plant Cell, Environment杂志发表了来自南京农大强胜教授团队题为“Polyploidization‐driven differentiation of freezing tolerance in Solidago canadensis”的研究论文。其中硕士研究生鲁焕、薛丽芳为共同第一作者,博士研究生程继亮、杨向宏以及解洪杰、宋小玲参与。

      植物多倍化是生物进化中最重要的遗传变异因素之一,多倍化使基因拷贝数增加。该研究发现成功入侵我国的加拿大一枝黄花几乎全部是多倍体,对冷响应的CBF转录通路中上游转录因子ICE1基因在多倍体中拷贝数要比二倍体多;但是,转录水平则显著降低,导致倍性越高耐寒性越差,耐逆性是要消耗能量的过程,温带起源的加拿大一枝黄花入侵亚热带,抗寒冷成为奢侈的性状。因此,多倍体中多拷贝的ICE1基因启动子被甲基化,大部分关闭了这些基因的响应表达;从而,节省更多的能量用于竞争和生长。这是植物对环境逆境平衡适应性演化的典型案例,首次用单一基因的实例验证了多倍化基因拷贝被表观遗传修饰的假说

 

      2. 2019年11月,Soil Biology and Biochemistry杂志在线发表了来自南京农业大学资源与环境学院李辉信教授和生命科学学院强胜教授为共同通讯作者题为“Polyploidy in invasive Solidago canadensis increased plant nitrogen uptake, and abundance and activity of microbes and nematodes in soil”的研究论文。其中研究生吴书琦、程继亮、徐新雨为共同第一作者,张艺和赵业鑫参与。

      该研究表明,加拿大一枝黄花多倍化使根系更强大和根际分泌物更多,多倍体通过刺激土壤微生物生物量和增加微生物活性来加速推动根际养分周转过程,从而促进植物养分吸收,提高多倍体加拿大一枝黄花的入侵能力。

      为了进一步验证入侵的加拿大一枝黄花多倍体种群具有绝对强势的竞争力,将分别来自北美(原产地)和东亚(入侵地)的二倍体、四倍体和六倍体种群,种植在隔离的小区中,并允许其与伴生的杂草竞争,进行为期五年的田间同质园试验。每年夏秋两季对植物群落的多样性和结构以及加拿大一枝黄花的生长特征进行调查,结果发现入侵的多倍体种群成为单优群落,而二倍体和原产地多倍体种群均竞争不过伴生的杂草而处于劣势甚至完全消失,证实了多倍化增强外来植物入侵性的假说[3]。

      该文发表在生态学著名杂志OIKOS (IF.3.77)上,研究生程继亮为第一作者,强胜教授为通讯作者,宋小玲和胡水金教授为共同作者,其他还有11位研究生参与。

      此外,较早通过北美和入侵中国的加拿大一枝黄花群落对比调查研究发现,入侵种群的植株显著高大而其中的植物多样性显著降低[4]。入侵多倍体加拿大一枝黄花的幼苗要比二倍体甚至原产地多倍体显著要大,这意味从一开始就显示出优势[5]。

 

[1] Huan Lu, et al., 2020. Polyploidization-drivendifferentiation of freezing tolerance in Solidagocanadensis. Plant Cell and Environment.

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.xilesou.top/doi/abs/10.1111/pce.13745

[2] Shuqi Wu, et al., 2019, Polyploidy in invasive Solidago canadensis increased plantnitrogen uptake, and abundance and activity of microbes and nematodes in soil.Soil Biology and Biochemistry.

原文链接:https://sciencedirect.xilesou.top/science/article/abs/pii/S0038071719302585

[3] Jiliang Cheng, et al., 2020. Polyploidizationcontributes to evolution of competitive ability: a long term common gardenstudy on the invasive Solidago canadensisin China. Oikos.

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.xilesou.top/doi/abs/10.1111/oik.07095

[4] Chen Guo-qi, Zhang Chao-bin1,Ma Ling, Qiang Sheng*, John A Silander and Li Li Qi. Biotic HomogenizationCaused by the Invasion of Solidagocanadensis in China. Journal of Integrative Agriculture, 2013, 12(5):835-845

[5]许京璇,薛丽芳,强胜*. 原产地和入侵地不同细胞型加拿大一枝黄花幼苗期形态特征的比较. 植物资源与环境学报,2018,27( 1) : 44-51.

 

南农大学杂草研究室

扫码关注公众号

Copyright © 2014南京农业大学杂草研究室 苏ICP备05052060号