有些植物缺乏綠色色素和有性生殖，但這些不尋常的特徵揭示了植物生命定義的重要見解。神戶大學參與的一項新研究檢查了蛇舌藻屬的物種，以了解非綠色無性植物如何發育和生存。
“我的長期目標是重新思考植物的真正含義，”神戶大學植物學家 Kenji Sutsugo 說。他繼續說道：“多年來我一直對放棄光合作用的植物著迷，我想揭示這個過程中發生的變化。”蛇頭藻屬物種代表了一個極端的例子，因為它們不進行光合作用，而是從寄主植物的根部獲取營養。它一生的大部分時間都在地下，僅在開花季節出現在土壤上方，有些物種僅通過無性方式繁殖。 “然而，儘管有關於植物基因組、生態和繁殖變化的個別研究，但我們不知道它們之間的關係，”Sutsugo 解釋道。
連接蛇頭藻的進化、質體和生態學
為了解決這一差距，Suetsugu 著手將以前未曾與按星相關的三個研究領域聯合起來。他的目的是闡明物種之間的關係，研究它們的質體（植物細胞的一部分，在綠色植物中充當細胞的“太陽能電池板”）如何變化，並確定它們的繁殖策略如何適應它們的生態環境。在描述這項工作的難度時，他說：“這些植物很稀有，分佈不均，而且通常局限於陡峭、潮濕的森林。但多年在實驗室和實地研究中研究蛇頭藻的經驗，以及與當地博物學家的長期關係，使這個項目成為可能。”為了擴大該項目，他與沖繩科學技術研究所專門研究高度簡化基因組的專家合作。
質體的極度減少表明共同的祖先轉變
該研究現已發表在期刊上 新植物學家據報導，該小組的所有成員都擁有大大減少的質體基因組（DNA 不保留在植物細胞的細胞核中，而是直接保留在質體中）。研究小組得出的結論是，這種減少可能發生在譜系分裂成多個物種之前的共同祖先中。 Sutsugo 說：“觀察植物的質體基因組能減少到什麼程度是很有趣的，乍一看，質體基因組似乎即將消失。” “但經過仔細檢查，我們發現許多蛋白質仍然被轉運到質體，這表明即使植物已經放棄了光合作用，質體仍然是植物新陳代謝的重要組成部分。”
該地區無性繁殖頻繁發展
研究人員還確定，無性繁殖可能在該群體內出現過多次。他們的發現表明，這些植物可能很早就進化出了無需受精而產生種子的能力，這將有助於它們在從日本大陸經沖繩島延伸到台灣的島鏈上殖民。 “在過去的十年裡，我研究了蛇蟋蟀的授粉和種子傳播，其中駱駝蟋蟀和蟋蟀發揮著意想不到的作用，但我也注意到，當伴侶或傳粉者稀缺時，無性種子生產通常可以確保繁殖，”Sutsugu 解釋道。在某些物種中，這種繁殖方法可能已成為產生後代的主要方法。
了解非光合作用寄生植物如何生存
對於 Sutsugu 來說，這項工作代表著在理解不再進行光合作用的植物如何在自然環境中繼續發揮作用和生存方面邁出了一大步。 “對於那些花了很長時間在黑暗、潮濕的森林中觀察這些植物的人來說，看到它們的故事在基因組水平上展開是非常令人滿意的，”Sutsugu 說。 “我的下一個目標是將這些發現與生化測量相關聯，以找出蛇頭藻質體實際產生的物質以及這些產品如何幫助維持寄主根部內寄生植物的生長。”
這項研究由日本學術振興會（Grant 23K14256）、人類前沿科學計劃（Grant RGEC29/2024）、日本科學技術振興機構（Grants JPMJPR21D6、JPMJFR2339）和台灣國家科學技術委員會（Grant 109-2311-B-845-001）資助。該研究是與沖繩科學技術研究所和台北大學的研究人員合作進行的。
