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研究发现牵牛花依赖自交抗草甘膦

发布日期:2016-12-08  来源: 中国科学报  浏览次数:5444
核心提示:根据美国密歇根大学研究人员的一项新研究,抗除草剂的“超级杂草”随着时间推移改变了自身交配策略,进化的转变帮助它们抓住宝贵的基因,从与其他植物的竞争中胜出。文章近期在线发表于《生态学》杂志上。

  根据美国密歇根大学研究人员的一项新研究,抗除草剂的“超级杂草”随着时间推移改变了自身交配策略,进化的转变帮助它们抓住宝贵的基因,从与其他植物的竞争中胜出。文章近期在线发表于《生态学》杂志上。

  这项研究探讨了较为普遍的农业杂草——牵牛花中,植物交配系统和除草剂抗性之间的关系。研究人员发现,依靠自花受精,牵牛花种群进化出了比其他易感种群更多的对农达除草剂(农达为除草剂品牌名,草甘膦为其活性成分)的抗性。对自花受精依赖的增强,可能通过阻断来自其他作物对除草剂敏感的基因的流动,从而帮助保持对除草剂的抗性。

  结论还突显了人类活动潜在的不可预见的后果:一旦抗草甘膦作物广泛应用,野生植物如野草也会发生基因改变,可容忍除草剂了。

  “我们需要充分了解人类是如何通过农业化学品来改变植物种类的。鉴于自己完全没有预见到的影响,我们造成了哪些改变?”密歇根大学植物生态遗传与进化学家、论文第一作者Regina Baucom副教授说。

  “进一步的证据表明,人类活动对植物种群会产生意想不到的影响。如果这样,我们不一定能预期它们可演变的性状。”Baucom说道。

  Baucom团队中来自佐治亚大学的Shu-Mei Chang从美国中西部和东南部的大豆、玉米地及其周边采集了32个牵牛花的样本。研究人员使用了实验室和温室相结合的研究办法。

  上世纪90年代末美国广泛应用农达以来,农田中的牵牛花一直暴露于草甘膦中。Baucom团队之前表示这种开花的多彩杂草在北美范围内发展出不同水平的草甘膦抗性。

  牵牛花是一种混合交配的物种,这意味着每朵花的繁殖既可通过自花受精进行,也可以用其他花的花粉,即自交和杂交。

  在论文中,Baucom和她的同事展示了与其他对除草剂敏感的种群相比,抗除草剂的牵牛花种群更多采用自花受精。他们还发现在最具抗性的牵牛花中,花药和柱头之间的距离是最小的,这是增加自花受精的一个明显性状。

  世界范围内,除草剂抗性已经在超过200种植物的身上发展出来。越来越依赖自花受精、逐渐缩短的花药与柱头距离,都对保持牵牛花耐药基因、阻断其他植物的易感基因产生影响。

  “我们第一个发现了农业杂草的交配系统与抗除草剂水平之间的关联:抗性越高,越多自交。” Baucom表示,“另外,我们相信我们已经确定了一个物理机制,可以让植物通过更多的自交来保持抗性基因,即缩短花药与柱头的距离。”




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