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科研进展

二选一还是二合一?地衣共生藻研究新发现

文章来源:中国科学院东亚植物多样性与生物地理学重点实验室  |  发布时间:2024-05-20  |  作者:王欣宇,Fiona Worthy  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

地衣是真菌和藻类(或蓝细菌)通过互惠共生而组成的复合体,它的共生藻主要分为绿藻和蓝细菌(蓝藻)两大类,通常地衣只选择其中一类进行共生,即蓝藻型地衣(cyano-lichen)或者绿藻型地衣(chloro-lichen)(图1)。

图1 蓝藻型的肺衣(左图,裂芽肺衣Lobaria isidiosa)和绿藻型的肺衣(右图,王立松肺衣Lobaria wanglisongiana

蓝藻需要有液态水才能进行光合作用,而绿藻则可以在没有液态水的条件下通过气态水进行光合作用。近期,中国科学院昆明植物研究所研究人员在对青藏高原的肺衣属(Lobaria)的研究中发现,蓝藻型肺衣的共生藻层中同时也出现了绿藻(图2)。据此研究人员推测,这类蓝藻型肺衣获取绿藻是一种偶然现象,跟绿藻共生或许是对高海拔地区低温干旱环境的适应性表现。

图2 蓝藻型肺衣(左图深棕色)和它的共生藻层图片(右图),图中浅绿色的为绿藻 (G),深蓝绿色的为蓝藻(C)

为了验证这些假设,研究人员在2000米4000米海拔范围内采集了大量蓝藻型和绿藻型肺衣的标本,并通过测量叶绿素(chlorophyll b)的含量,以及切片观察的方法来确定是否存在共生绿藻。同时通过多基因测序确定其系统发育关系和共生关系,并使用密闭的气体交换系统测量了不同湿度条件下的光合速率。

研究结果表明:在所有的蓝藻型肺衣样品的共生藻层中,都同时观察并检测到了绿藻,表明这类地衣并不只与蓝藻共生,同时也选择了与绿藻共生,并且这一现象在整个青藏高原地区的蓝藻型肺衣属中普遍存在;蓝藻型肺衣与绿藻型肺衣的叶绿素含量基本一致,表明其共生绿藻的出现并非偶然,而是一个稳定的共生藻(图3);由于有了共生绿藻,蓝藻型肺衣即使在完全干燥的状态下,也具备了在没有液态水的条件下进行光合作用的能力(图4)。

图3 不同海拔梯度的地衣中叶绿素含量图。蓝藻型地衣(棕色)和绿藻型肺衣(绿色)的叶绿素含量在不同海拔梯度下含量相似

图4 地衣样品的二氧化碳交换率示意图,上图为绿藻型肺衣,下图为蓝藻型肺衣,红色点代表总光合作用(Gross Photosynthesis)。可以看出两组肺衣样品在完全干燥后,都能在极低的空气湿度下进行光合作用(二氧化碳交换率为正)

该研究对地衣共生藻的选择和构成提出了新的认知,也证实了肺衣在极端环境中的适应能力及其适应策略,为藻菌共生机理的探索和适应性演化研究奠定了良好基础。研究结果作为主编推荐的论文(Editor's Choice)发表在最新一期的AOB Plants上,中国科学院昆明植物研究所Fiona Ruth Worthy博士为本文第一作者,许建初研究员和王欣宇副研究员为通讯作者。本研究得到了中国科学院国际人才计划资助(2020FYC0003)、第二次青藏高原综合科学考察研究 (2019QZKK0503) 、中国科学院青年创新促进会(2020388)和国家自然科学基金(41661144001)等项目的经费支持。

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