真菌生物碱：木本牵牛野外种群抵御豆象的 “秘密武器”

研究人员为探究牵牛属（Ipomoea）可遗传内生共生菌，对木本牵牛展开研究，发现真菌生物碱能抵御豆象，具重要意义。

　　# 真菌生物碱：木本牵牛抵御豆象的 “神奇护盾”
在植物的生存 “战场” 上，与各种 “敌人” 的斗争从未停止。许多植物为了保护自己，会与一些 “小伙伴” 建立合作关系，形成防御联盟。比如，有的植物会长出特殊结构，吸引蚂蚁来守护自己的叶子；还有的草会借助微生物产生的化学物质来抵抗食草动物的啃食。在旋花科（Convolvulaceae）植物中，牵牛属（Ipomoea）约 40% 的物种被认为拥有可遗传的真菌内生菌（heritable fungal endophytes），这些内生菌能为植物合成化学防御物质。然而，对于这些真菌生物碱在许多宿主物种和生长形式中的分布情况以及生态作用，人们了解得还不够全面。而且，与牵牛属植物共生并产生苦马豆素（swainsonine）的真菌伙伴究竟是谁，也一直是个未解之谜，在野外环境中苦马豆素作为防御化合物的实际作用也缺乏证据支持。

为了揭开这些谜团，来自墨西哥国立自治大学、史密森热带研究所、比利时皇家自然科学研究所等机构的研究人员，对木本牵牛（Ipomoea murucoides）展开了深入研究。这项研究成果发表在《Journal of Chemical Ecology》上，为我们理解植物与真菌的共生关系以及植物防御机制提供了新的视角。

研究人员采用了多种关键技术方法。在真菌鉴定方面，通过分子生物学技术，扩增真菌的 18S rRNA 基因（SSU 18S）、内转录间隔区（ITS）和 28S rRNA 基因（LSU 28S），并进行测序和系统发育分析，以此确定与木本牵牛共生的真菌种类。在化合物分析上，运用气相色谱 - 质谱联用（GC - MS）技术分析叶片腺毛中的化合物，利用液相色谱 - 质谱联用（LC - MS）技术测定叶片和种子中苦马豆素、托品（tropine）和托品酮（tropinone）的含量。同时，通过统计种子被豆象（Megacereus aff. tricolor）侵害的情况和观察叶片被咀嚼昆虫取食的程度，来评估植食性伤害。

研究结果

1. 真菌伙伴的身份：研究发现，木本牵牛叶片上的真菌主要有两个目，其中 Chaetothyriales 目更为常见。通过基因序列分析，推测出相关属为 Chaetothyriaceae 科的 Ceramothyrium 属和 Sporocadaceae 科的 Truncatella 属。在研究的 33 棵树中，多数（23 棵）树携带 Ceramothyrium 属真菌，少数（9 棵）树携带 Truncatella 属真菌，仅有 1 棵树携带 Chaetothyriales 目中 Trichomeriaceae 科的真菌，且在两年的调查中，每棵树的真菌伙伴身份保持稳定，没有一棵树同时携带两种不同科的真菌。
2. 生物碱的分布与含量：苦马豆素在 80% 的种子样本和 83% 的叶片样本中被检测到，托品在 69% 的种子样本和 72% 的叶片样本中存在，托品酮在 30% 的种子样本和 44% 的叶片样本中出现。种子中的生物碱浓度显著高于叶片，例如苦马豆素在种子中的浓度（1 - 363 μg?g^-1 FW）远高于叶片（0.2 - 29 μg?g^-1 FW）。携带 Ceramothyrium 属真菌的树，其种子中苦马豆素浓度（161.26 μg?g^-1）显著高于携带 Truncatella 属真菌的树（56.74 μg?g^-1）。而托品和托品酮在两种真菌共生的种子中的浓度差异不明显。
3. 植食性伤害差异：木本牵牛的种子深受豆象喜爱，豆象的活动导致当地种子损失高达 75%。不过，携带 Ceramothyrium 属真菌的树，其种子遭受豆象的伤害明显少于携带 Truncatella 属真菌的树。但在叶片方面，不同真菌共生的树被咀嚼昆虫（主要是两种叶甲科昆虫）取食的程度没有差异。

研究结论与意义

这项研究明确了木本牵牛与真菌的共生关系，发现真菌生物碱在保护种子免受豆象侵害方面发挥了重要作用。这表明植物与真菌的共生防御机制在旋花科植物中可能普遍存在，真菌内生菌产生的生物碱是植物化学防御的重要组成部分。同时，研究中发现部分木本牵牛个体与不同类型真菌共生，且种子中苦马豆素浓度不同，这为研究真菌的垂直和水平传播提供了理想的系统。未来，研究人员可以进一步探究真菌共生关系的演化过程，以及其他未被鉴定的代谢物在植物防御中的作用。这不仅有助于我们深入理解植物与真菌的共生奥秘，也为开发新的生物防治策略提供了理论依据，有望在农业和生态保护领域发挥重要作用。