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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，一碗白米飯來的有多不容易嗎?

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

它，就是稗(讀bai)草，稻田間頭號雜草。浙大樊龍江教授團(tuán)隊就找到了稗草與水稻相爭的“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。

為了避免人類的“驅(qū)逐”，樊教授團(tuán)隊最新發(fā)現(xiàn)，稗草還有更厲害的技能，它竟學(xué)會了“喬裝術(shù)”，從原來松垮貼地的懶樣子，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。”這種說法還真不是太夸張，如果不想辦法除掉它，兩個月后的豐收季節(jié)，整片稻田都要被稗草承包了。

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

研究人員對從我國長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：旱地稗草長相比較隨機，大多數(shù)稗草趴地橫長，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。

第一個注意到稗草高明“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)化角度提出一個觀點：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。

由于缺乏實驗證據(jù)，學(xué)術(shù)界對這一觀點一直存在爭議。“我們對這328份樣本進(jìn)行了基因組重測序，”樊龍江說，“人類行為加速了稗草的進(jìn)化，無意中產(chǎn)生了類似馴化的選擇效應(yīng)。”

相對于動物擬態(tài)，科學(xué)界對于作物擬態(tài)尚無定論，樊龍江團(tuán)隊第一次從基因組學(xué)研究角度，證實了作物擬態(tài)的存在。

被人類逼出“稻”樣

樊龍江介紹，通過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個組——擬態(tài)組、非擬態(tài)組及中間類型。

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)過程中受到了定向選擇。”樊龍江說。

“稗草擬態(tài)水稻是被迫的。”樊龍江介紹，團(tuán)隊通過群體進(jìn)化分析表明，長江流域擬態(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)時正處在人口激增、南方水稻替代麥類作物成為主糧的轉(zhuǎn)型時期?？赡苷窃谀且粫r期，人們開始實施水稻的精耕細(xì)作，拔除田間雜草。”

樊龍江舉了一些從宋朝農(nóng)書和詩詞中找到的證據(jù)：比如朱熹《勸農(nóng)書》中記載“禾苗既長, 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”;方回詩詞中則有“農(nóng)田插秧秧綠時，稻中有稗農(nóng)未知。稻苗欲秀稗先出，拔稗飼牛唯恐遲”。

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

比如一個叫“LAZY1”的基因，這是一個植物感知并響應(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。

這項研究首次解析了植物擬態(tài)進(jìn)化分子機制，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