當(dāng)我們的人類祖先在大約1萬年前開始馴化糧食作物時，一種被稱為“阿廷”的螞蟻?zhàn)V系在6000萬年前就成為了種植真菌的農(nóng)民。螞蟻和它們的真菌作物相互依賴才能生存。

螞蟻種植、保護(hù)、供應(yīng)和培育它們的真菌，然后為螞蟻提供穩(wěn)定的食物供應(yīng)。切葉蟻擁有最先進(jìn)的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，在超過1500萬年的氣候變化中證明了它們的適應(yīng)性，現(xiàn)在它們是從阿根廷到德克薩斯州北部不同棲息地的主要食草動物(通常是農(nóng)作物害蟲)。

自從150年前發(fā)現(xiàn)了切葉蟻的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)以來，科學(xué)家們一直在努力了解螞蟻是如何在沒有技術(shù)或文化的幫助下進(jìn)化出如此復(fù)雜的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的，而這些技術(shù)或文化推動了人類農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的興起。

此外，切葉蟻的真菌作物像人類作物一樣代代相傳，它表現(xiàn)出馴化的特征，類似于將現(xiàn)代超市里的玉米芯與它的野生祖先——一種不起眼的草——生產(chǎn)的不可食用的小種子區(qū)分開來的特征。例如，切葉蟻真菌產(chǎn)生腫脹的營養(yǎng)獎勵結(jié)構(gòu)，這在真菌王國中是獨(dú)一無二的。到目前為止，推動這些馴化過程的關(guān)鍵基因組適應(yīng)仍然知之甚少。

真菌馴化的基因組見解

哥本哈根大學(xué)(UCPH)生物系Jonathan Shik副教授和史密森尼熱帶研究所的研究小組剛剛在《分子生物學(xué)與進(jìn)化》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于這些馴化過程的研究。該研究由Shik小組的助理教授Caio Leal-Dutra領(lǐng)導(dǎo)，并利用尖端的基因組測序方法解碼了由切葉蟻種植的真菌Leucoagaricus gongylophorus的基因構(gòu)建塊。

通過破譯這些基因，并將它們與其他真菌中的基因進(jìn)行比較，研究人員能夠確定真菌基因組的哪些部分在數(shù)百萬年的螞蟻培養(yǎng)下發(fā)生了變化。

“我們發(fā)現(xiàn)了重要的遺傳線索，顯示了真菌是如何適應(yīng)與螞蟻一起生活的，”主要作者Leal-Dutra解釋說?！捌渲幸恍┗蜃兓兄谡婢纸庵参镂镔|(zhì)并積累營養(yǎng)，使其成為螞蟻的完美伴侶。”

這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了新的基因群，可以幫助真菌抵御疾病，并優(yōu)化與螞蟻的伙伴關(guān)系，確保它們在不同棲息地的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)力。

研究小組還在真菌的DNA中發(fā)現(xiàn)了許多可移動的遺傳元素，或稱“跳躍基因”。這些元素可以迅速改變真菌的基因組成，使其能夠適應(yīng)挑戰(zhàn)，并迅速進(jìn)化以應(yīng)對環(huán)境變化。這些發(fā)現(xiàn)表明，自然選擇塑造了真菌，使其在培育狀態(tài)下茁壯成長，同時數(shù)千年來與蟻農(nóng)保持著微妙的平衡。

科學(xué)和社會影響

這項(xiàng)研究不僅突出了種植真菌的螞蟻的顯著進(jìn)化成功，而且對理解自然選擇如何推動作物馴化具有更廣泛的意義。通過研究這些真菌的基因組適應(yīng)性，科學(xué)家可以了解農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是如何通過生態(tài)相互作用而不是人類干預(yù)來進(jìn)化的。

資深作者Shik說:“了解反農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的長期彈性可以激發(fā)人們思考可持續(xù)農(nóng)業(yè)的新方法?！薄半m然我們還不能將抗農(nóng)業(yè)方法轉(zhuǎn)移到人類農(nóng)業(yè)中，但研究這些系統(tǒng)可以揭示基因變化如何幫助農(nóng)民平衡產(chǎn)量和環(huán)境穩(wěn)定性。”

隨著人類在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中面臨越來越多的挑戰(zhàn)，特別是在氣候變化和作物適應(yīng)力方面，本研究揭示的進(jìn)化解決方案為未來的農(nóng)業(yè)科學(xué)研究提供了令人興奮的途徑。