■中国科学报记者 朱汉斌

　　作为全球最具危害性的恶性入侵杂草之一，薇甘菊以惊人的繁殖速度和强大的环境适应性，严重破坏了亚洲、太平洋地区及中国华南地区的生态。然而，其基因组层面的适应性进化机制长期未获系统解析，制约了科学防控方法的研发。

　　近日，中山大学教授苏应娟、廖文波团队与华南农业大学教授王艇团队揭示了驱动薇甘菊入侵性形成和适应性进化的五大关键基因组事件，即全基因组重复、基因家族扩张、转座元件介导的基因调控、胁迫响应基因的差异表达以及代谢产物合成途径的调控。相关论文在线发表于《新植物学家》。

　　审稿人评价称，该研究通过大规模、多类型数据的整合分析，为入侵植物比较基因组学提供了宝贵资源，尤其在转座子驱动基因组进化和基因表达调控方面提供了新认知，对理解植物适应性进化机制具有重要价值。

　　抽丝剥茧：解析薇甘菊入侵之谜

　　薇甘菊原产于热带美洲，有“一分钟一英里草”之称。如今薇甘菊已大面积入侵华南地区，深圳、珠海等地受害尤为严重。

　　“以往的入侵植物基因组学研究大多针对单一物种，缺乏对近缘入侵和非入侵物种的系统性比较，在一定程度上限制了研究的深度和广度。”论文共同通讯作者苏应娟对《中国科学报》表示，影响植物入侵的因素和机制复杂多样，既涉及生态适应性，基因组的动态改变和可塑性，以及基因、基因网络和代谢通路的表达调控，又涉及植物和多种生物与非生物胁迫的相互作用。

　　为了攻克这一难题，研究团队以入侵杂草薇甘菊及其本土同属近缘种假泽兰为对象，综合运用高通量测序、重测序、转录组测序、分子遗传实验和表型测量等实验技术，以及生物信息学、统计基因组学和种群基因组学的分析方法，开展了深入的比较基因组学研究。

　　研究团队采集了薇甘菊与假泽兰的新鲜植物材料，综合采用多平台测序技术，完成了两种植物高质量基因组的组装与注释，随后基于比较基因组学、种群基因组学、转录组学、分子遗传分析和表型测量等研究工作，揭示了驱动薇甘菊入侵性形成与适应性进化的关键基因组事件和因素。

　　论文共同第一作者、中山大学博士生王若楠表示，研究历时近7年，涉及野外采样、染色体数目与核型确认、跨平台多组学测序、海量数据分析及功能验证实验等多项任务。团队克服了同时测定和组装高质量、高精度的薇甘菊和假泽兰基因组的困难，并对庞大数据进行了深入挖掘和解析。

　　另辟蹊径：攻克多组学研究难题

　　最初，团队的目标锁定在薇甘菊基因组的构建和深度解析上，研究工作有条不紊地向前推进。然而2020年，就在分析工作接近尾声、即将收获成果的关键时刻，一则突如其来的消息让大家措手不及——另一个研究团队发表了薇甘菊的基因组图谱。

　　“这个消息确实像一盆冷水。”苏应娟坦言。面对这种情况，团队没有过多纠结，而是迅速召开紧急会议商讨对策。在短暂的“迷茫期”后，一个关键问题摆在面前，那就是如何另寻突破与创新点。

　　苏应娟敏锐地将目光转向薇甘菊在中国本地的“近亲”——假泽兰。“我们何不着力进行深入的比较基因组学研究？通过对比入侵种薇甘菊和本土近缘种假泽兰的基因组差异，为揭示薇甘菊强大的入侵机制打开一扇新窗口。”她这样描述着团队的共识。

　　这个转向充满挑战但也极具潜力，意味着之前围绕薇甘菊的分析工作大多需要重新进行，工作量剧增。“团队内部讨论过，这样‘从头再来’值不值得？投入的时间和精力成本是否可控？但是，决心最终战胜了犹豫，为了深化研究课题，团队一致同意迎难而上。”苏应娟说。

　　在分析过程中，团队发现已发表的薇甘菊染色体数目与预估的不同。通过查阅文献和严谨的荧光显微镜检测，他们最终确认薇甘菊入侵种群的染色体数目为36条，为后续精准研究奠定了基础。由于研究涵盖两个物种的多组学数据及薇甘菊的群体基因组学分析，团队对研究任务进行了细化，采取逐步推进和多轮交叉验证研究结果的路线，确保了结果的可靠性，为入侵植物研究提供了高质量的基因组资源。

　　王若楠介绍，团队先是应用荧光原位杂交技术确证了薇甘菊的核型，然后整合多平台技术成功构建了薇甘菊及假泽兰染色体级别的高精度参考基因组。通过比较基因组分析，证实薇甘菊与假泽兰确实是“近亲”，两者大约在372万年前由于剧烈的气候和栖息地变化而“分家”。

　　比较基因组学分析表明，薇甘菊体内负责感知和响应生长素的基因家族与防御代谢合成通路的相关基因发生了特异性扩张，同时基因组中一种名为“转座子”的元件在薇甘菊中特别活跃，高频插入基因附近，导致基因组结构发生更多变化，加速了它的适应和进化。功能验证实验结果显示，薇甘菊在生长素处理下的根长和根径显著优于假泽兰；薇甘菊和假泽兰的ARF8-2和miR167a基因的表达呈现不同式样，前者反应更灵敏、变化更动态，这是快速响应环境的基因基础。

　　靶向防控：为治理薇甘菊提供新方向

　　基于全基因组重测序数据进行的种群基因组学研究发现，在薇甘菊原产地和入侵地的种群之间，存在显著的遗传分化。同时，研究发现入侵我国华南地区的薇甘菊种群基因十分相似，暗示了可能是多次入侵和基因渐渗共同作用的结果。

　　研究团队选择信号分析，鉴定出MmBX6-1和MmBX6-2基因在薇甘菊的适应性中起着重要作用。两基因编码的酶参与了与植物防御相关的代谢物合成。

　　记者了解到，该研究首次同时对入侵植物薇甘菊与近缘本土种假泽兰在基因组学和转录组学上进行了系统的对比分析，揭示了决定薇甘菊入侵性形成的关键基因组组成和基因表达调控方式。这不仅为理解薇甘菊的快速扩张和适应性进化提供了新的入侵基因组学知识，也为防控薇甘菊鉴定出新靶标。

　　苏应娟指出，未来可尝试基于植物生长素信号调控途径研发精准的薇甘菊防控和根除手段，遏制其对生态和农业生产的威胁。团队计划围绕植物生长素信号通路开发阻止薇甘菊入侵的新策略，为科学防控薇甘菊提供支持。

　　此外，团队计划继续在组学水平深入研究薇甘菊对环境胁迫的响应，特别是利用转基因与基因编辑等手段，对该研究鉴定出的关键基因和代谢通路相关基因在入侵性和适应性方面所起的作用进行确证。

　　相关论文信息：

　　https://doi.org/10.1111/nph.70448

　　《中国科学报》 (2025-08-19 第1版 要闻)