兰科鸟巢兰族植物与菌根真菌的协同进化研究

Co-evolution of mycorrhizal fungi associated with orchids species is one of the hotspot in evolutionary ecology. However, related studies is just start and the roles and implication of mycorrhizal fungi in the process of phylogenetic evolution and nutrient mode evolution of orchids species have not been understood yet. Besides, there are few studies focus on vertical comparison from plant species phylogenetic evolution. Here, we planned to evaluate the symbiosis and co-evolution of mycorrhizal fungi associated with species of the tribe Neottieae (Orchidaceae) in our country. First, we identified the taxonomy and specificity of mycorrhizal fungi associated with: 1) orchids species among different nutrient modes, 2) orchids species in the same nutrient mode, 3) individuals of same orchid species under different habitats, and 4) different genus and different species using High-throughput sequencing technology. Then, we constructed phylogenetic tree of the tribe Neottieae. We combined the phylogenetic evolution and nutrient mode evolution of the tribe Neottieae and analyzed the symbiosis and co-evolution of mycorrhizal fungi associated with them. The main purpose of this proposal is to explore the symbiosis of mycorrhizal association in nature and to reveal the distribution traits of those crucial mycorrhizal fungi groups. The study is important for understanding the roles and implication of mycorrhizal fungi in the process of phylogenetic evolution and nutrient mode evolution of orchids species. Our findings will also provide evidence for revealing the environmental adaptation mechanism of orchids species and provide reference for the conservation of orchids biodiversity.

兰科植物与菌根真菌的协同进化是目前进化生态学的关注热点，但该领域的研究刚刚起步，目前菌根真菌在兰科植物系统进化和营养类型进化过程中的作用及意义尚不清楚，也很少有人从系统进化的角度进行纵向的比较研究。本项目拟以分布于我国的兰科鸟巢兰族植物为材料，利用新一代高通量测序技术研究不同营养类型之间、同一营养类型内部的不同物种之间、同一物种在不同生境之间以及不同种属之间菌根真菌的种类和特异性变化，同时构建鸟巢兰族植物的系统进化树，结合植物的系统进化和营养类型进化，利用生态网络结构分析的方法全面分析该族植物与菌根真菌的共生关系和协同进化关系。本项目的研究对于认识自然界菌根共生体的共生关系、进一步揭示具有重要生态功能的菌根真菌的分布特征以及深入了解菌根真菌在兰科植物系统进化和营养类型进化过程中的作用都具有重要意义，同时也有助于揭示兰科植物的演化机制和环境适应机制，为兰科植物生物多样性保护提供参考。

对兰科植物与菌根真菌的共生关系和协同进化关系的研究，对于深入了解菌根真菌在兰科植物系统进化和营养类型进化过程中的作用具有重要意义，同时也有助于揭示兰科植物的演化机制和环境适应机制，为兰科植物生物多样性保护提供参考。本项目以兰科鸟巢兰族植物与其菌根真菌共生体为研究对象，按照预定的计划开展研究，在以下5个方面取得了显著进展：①对分布于我国西南地区和东北地区的鸟巢兰族植物进行野外调查，全面了解了该族植物的分布现状；②利用高通量测序技术对10种鸟巢兰族植物的菌根真菌多样性进行研究，发现该族植物能够与担子菌门的蜡壳耳科、角担菌科、革菌科、无孢蜡壳科及胶膜菌科真菌建立广泛的共生关系。两者的共生关系具有多样性高、特异性强的特点，且具有明显的优势菌群；③该族植物在从光合自养型到半自养半真菌异养型和完全真菌异养型逐渐进化的过程中，优势共生菌根真菌类群发生了相应的改变。光合自养型鸟巢兰族植物主要与革菌科Thanatephorus属和胶膜菌科Epulorhiza属真菌建立共生关系，半自养半真菌异养型则倾向于与无孢蜡壳科Serendipita属真菌共生，而完全真菌异养型更偏好于与蜡壳耳科的HelvelloSebacina和Sebacina属真菌共生，且菌根真菌多样性逐渐降低，专一性逐渐增强；④该族植物菌根真菌的群落特征主要由物种决定；⑤与植物的种属亲缘关系相比，生境条件对该族植物菌根真菌的群落特征影响更大，同一生境共存的不同种属植物之间的菌根真菌群落差异小于同一物种在不同生境之间的菌根真菌群落差异。