植物生长奇观：分蘖现象揭秘与利用

植物生长奇观：分蘖现象揭秘与利用

稗草，田间的头号杂草，为了对抗人类的驱逐，竟学会了“伪装”。几千年来，它们与水稻越长越像，从原来松垮贴地的懒样子，进化出了今天亭亭玉立的模样。人类行为加速了稗草的进化，无意中产生了类似驯化的选择效应。相关论文于9月16日发表在《自然·生态与进化》杂志。

在稻田中，稗草与水稻越长越像，这种“伪装”让人类难以识别。研究人员从我国长江流域收集稻田及周边采集到的328份稗草进行了研究，发现水田的稗草与旱地稗草有着明显差异：旱地稗草“长相”比较随机，大多数稗草趴地横长，茎基部呈现红色，完全不像水稻。而田间稗草就很有“稻”样，特别是在苗期，它们有模有样的收起了分蘖和叶子的夹角，和水稻一样向上生长。

前苏联著名植物学家瓦维诺夫在上世纪30年代从进化角度提出一个观点：农田杂草与作物相像是杂草拟态作物形态的结果，是杂草适应性进化的产物，目的为了躲避农民拔除。而樊龙江团队通过全基因组遗传变异分析，发现328份稗草材料可明显以分为3个组，拟态组、非拟态组及中间类型。与非拟态稗草组相比，拟态稗草的遗传多态性降低，经历了遗传瓶颈效应。这表明稗草在拟态过程中受到了定向选择。

稗草拟态水稻是被迫的，团队通过群体进化分析表明，长江流域拟态稗草起源于非拟态稗草，并且是一次起源，大约发生在1000年前后。这个时期处于我国宋朝，正处在人口激增、南方水稻替代麦类作物成为主粮的转型时期。正是在那一时期，人们开始实施水稻的精耕细作，拔除田间杂草。从宋朝农书和诗词中能找到一些证据，如朱熹《劝农书》和方回诗词中的描述。

稗草经历了上千年来自人类的选择压力，快速进化。那些让稗草长得更像水稻的基因，让稗草逃过人类的拔除，继续在稻田里享受着和水稻一样的待遇。这些基因也因为人类的选择压力得以保留下来，无意识地刺激了稗草们的生存技能。例如，一个名为“LAZY1”的基因，这是一个植物感知并响应重力的关键基因，可以调控作物的分蘖角度。在有拟态现象的稗草中，相关同源基因多态性降低，出现了高度一致，显示出被进化选择的痕迹。

这项研究首次解析了植物拟态进化分子机制，在进化生物学上具有重要意义。此外，研究结果为农田杂草起源与控制、株型相关基因挖掘与利用等方面提供了研究线索。樊龙江教授课题组多年从事水稻与稻田杂草竞争分子机制及其育种利用研究，首次完成了稻田优势稗草种E. crus-galli基因组测序及组装，揭示了稗草与水稻环境适应的化感互作分子机制。本研究是上述研究的延续，进一步揭示了稗草另外一个重要环境适应机制——拟态的分子遗传基础。