分类与进化

不需要兰花:菌根真菌不依赖于它们在澳大利亚的宿主

有几种真菌分布到该大陆的中部和北部,这表明它们对非常广泛的环境条件具有耐受性。

您知道世界上有将近 28,500 种兰花吗?你知道兰花依赖它们的共生关系吗? 营养菌根真菌?寄主植物及其共生伙伴的这种令人难以置信的多样性引发了许多关于它们共同进化和相互依赖的问题。

澳大利亚科学家联手 探索 500 多个菌根真菌样本(属于 金合欢属 属)从 111 种澳大利亚兰花中分离出来。 这些真菌散布在整个大陆,与特定的兰花物种有关,但也可以在它们的寄主植物没有生长的地方找到。 

首席研究员是澳大利亚国立大学的博士生 Marc Freestone Celeste Linde 博士的研究小组.弗里斯通是一位兰花专家,非常热衷于拯救 澳大利亚濒临灭绝的韭菜兰花 通过了解真菌与植物的关系。

属于的两株澳大利亚兰花 凤尾兰 and 肉蚧 属。来源: 帆布

2007 年至 2016 年间,研究人员分离出了 217 株菌根真菌,属于 金合欢属 来自澳大利亚南部 74 个地点的 70 种兰花的属。科学家们对分离株的 DNA 进行了测序,并将 55 个兰花物种的 311 个早期序列添加到他们的分类分析中。 

虽然上述数据来自直接从兰花中分离菌根真菌,但弗里斯通及其同事还想检查土壤样品中这些真菌的存在。这 澳大利亚微生物组 该项目是一个可公开访问的整个非洲大陆微生物多样性数据库,包括来自 902 个地点的土壤样本。分析这些样品中是否存在 金合欢属 物种。 

根据菌根真菌的分布,研究人员使用物种分布模型来研究 35 个环境变量(例如温度、降雨量、土壤湿度)是否可以解释一些真菌在整个大陆的分布。 

为了仔细检查这些菌根真菌是否有助于兰花发芽,弗里斯通及其同事对 89 个分离株进行了发芽试验,并使用了其他菌株的先前发芽数据。

真菌 OTU 的分布和 乳头角马齿苋.来源: 弗里斯通 . 2021.

菌根真菌根据其遗传多样性形成了 23 个组(称为操作分类单元;OTU)。植物学家在澳大利亚的东部和西部发现这些群体与特定的兰花物种和九个群体有关。根据发芽试验,17组中有16组被确认为菌根。 

物种分布模型表明,平均土壤水分指数和降雨量解释了真菌的发生,并突出了澳大利亚各地可以找到不同群体的地方。 

两个菌根真菌群(C 和 O)的分布模型根据环境条件估计了整个澳大利亚的物种发生率。红点表示真菌在土壤样本中的出现,而白点表示兰花的位置。来源: 弗里斯通等人,2021

在考虑在哪里可以找到真菌及其宿主时,科学家们发现真菌经常出现在兰花没有的地方。 

“在整个大陆的土壤测序项目中,我们超过一半的 OTU 的存在表明 金合欢属 在这项研究中发现的真菌的分布不受寄主兰花的限制”,弗里斯通及其同事写道。 

大多数真菌群与特定兰花物种相关的事实是共同进化的标志。例如,真菌组 OTU C 仅与三种地下兰花有关, 根瘤菌,而 OTU O 组与 凤尾兰 兰花品种。尽管它们有关联,但真菌的分布比它们的伙伴更广泛。 

研究人员解释说:“OTU O 的分布远远超出了其寄主兰花所占据的范围,通常进入大陆更干旱的内陆地区和澳大利亚北部,在那里寄主兰花不存在。” 

虽然弗里斯通及其同事只有足够的发生数据来模拟两个真菌群的分布,但未来的研究可以估计其他菌根真菌的分布。研究人员还发现了一些已知会导致植物疾病的有趣真菌物种。例如,OTU S真菌群对草莓幼苗的致病性较弱。 

“[W]e 证实 金合欢属 在兰花中检测到的 OMF [兰花菌根真菌] 与致病 [引起疾病的] 分类群密切相关,并且有一些诱人的潜在应用,可以更好地了解兰花利用这些近致病真菌为其带来益处的机制。”

以前的研究集中在单一的兰花或菌根真菌物种上,但这项研究为未来的研究铺平了道路,以更好地了解兰花与真菌的关系。

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