福建农林大学破解“鬼兰”进化之谜

广东舌唇兰。

植物生存需要进行光合作用，需要根吸收养分。但有一种很罕见的兰花，它一辈子生长在地底下，如鬼魅一般，不需要叶子、根和阳光，只有开花时才会伸出地面，被称为“鬼兰”。

“鬼兰”如何存活，有何特殊能力？近日，世界顶级学术期刊《自然》子刊《自然·植物》，在线发表了福建农林大学教授兰思仁和刘仲健领衔的兰花团队在真菌异养领域取得的重要研究成果，破解了“鬼兰”进化之谜。

多家科研机构携手

找到一对“姐妹花”

“在自然界中，植物与真菌是一对盟友。”福建农林大学校长兰思仁说，在大多数情况下，植物通过真菌帮忙获取水分和矿物质，同时将光合作用固定的碳源有机物回报真菌，达到互利共生的目的。

中国兰花主要分为地生兰、附生兰、腐生兰三类。腐生兰自身没有叶绿素，不能进行光合作用，主要依靠真菌汲取养分。

“鬼兰”是腐生兰类的一种，它是怎样进化的？如何与真菌和谐共生？100多年来，这些问题一直悬而未解。

2018年，福建农林大学与广东紫金白溪省级自然保护区等多家科研机构携手，打算解开“鬼兰”的进化之谜。

要“解谜”得找到两个相近的样本进行比较。2018年3月，研究团队在广东紫金白溪省级自然保护区找到了一株“鬼兰”——广东舌唇兰，以及它的“姐妹”——紫金舌唇兰，它们恰好符合样本标准。

4年研究分析

解开进化之谜

4年时间里，研究团队对“姐妹花”进行了动态监测，记录下它们破土、生芽、开花的数据并进行比较分析。同时，通过组装这两种舌唇兰的基因组，并结合其他已测序的兰花基因组数据进行比较分析，最终解开了“鬼兰”进化之谜。

“我们在基因测序时发现，由于1200万年前的地球气候变化，‘鬼兰’丢失了光响应和光合作用相关基因，只能终止叶片和根系的发育。”兰思仁说，失去了光合作用的本领，“鬼兰”只能寻找新的生存路径，而阴暗无光的森林深处成了它的最佳选择。

为了不断适应生长环境，“鬼兰”开始了进化之路。在进化过程中，它增加了海藻糖水解酶基因，使它能够消化菌丝中的海藻糖，将真菌作为营养源。

“总的来说，‘鬼兰’是通过表达海藻糖水解酶基因和启动磷、氮响应机制掠夺真菌养分，这就是‘鬼兰’进化的秘密。”兰思仁说，团队研究发现，“鬼兰”不生产能量，完全靠“抢劫”真菌的营养生存。

“靠掠夺生存的生意是做不大的，所以‘鬼兰’的形态往往都比较小。”兰思仁说。

《自然·植物》同期配发新闻评论，对这项研究成果给予高度评价。评论称：“长久以来，生物学家一直对兰花物种的进化很感兴趣。这项研究揭示了兰花基因组如何随着真菌异养生活方式的进化而改变，以及哪些基因进化事件对它们与真菌的共生关系做出了贡献。”（记者 马丽清 受访者供图）