孢子形态与功能的首个谱系揭示了菌根共生中受限的进化

丛枝菌根（AM）真菌形成了地球上最古老且分布最广泛的专性互利共生关系之一，但它们在宿主之间传播时必须独立存活。孢子跨越了这一脆弱的无宿主阶段，因此其形态理应反映持存、传播和定殖的需求。然而，AM真菌孢子形态的宏观进化轨迹仍未得到充分解析，这限制了我们判断孢子究竟是分化为多种设计，还是始终受限于一种共同结构的能力。 在此，我们构建了首个AM真菌孢子的定量形态空间，并推断其性状演化的宏观进化模式。我们发现，AM真菌孢子的多样化主要是通过尺度变化而非重新设计实现的。该形态空间主要由大小所主导，孢子尺寸与孢壁体积通过近似等距缩放协调变化。尽管在不同大小之间，形状总体上仍以近球形为主，但最大的孢子在比例上将较少材料分配给孢壁，而表面饰纹与颜色则构成了一个在很大程度上独立的表面变异轴。大多数物种集中于性状空间中的狭窄区域，且亲缘关系较远的谱系趋同于相似的性状组合。 我们提出，适应性筛选与构建经济性共同维持了这种结构。近球形几何形态可能为封装并保护在宿主间持存所需的储备物质提供了一种高效解决方案，同时将对孢壁材料的投入降至最低；而表面性状则可能介导传播媒介。从功能上看，这种结构表明，AM真菌孢子的形态更多是由其随时间持存的需求所塑造，而非由借助风力传播的需求所决定。因此，AM真菌孢子的形态空间将保守的孢子设计与专性互利共生体所面临的传播挑战联系起来。

丛枝菌根（AM）真菌形成了地球上最古老且分布最广的专性互利共生关系之一，但它们在宿主之间传播时必须独立存活。孢子跨越了这一脆弱的无宿主阶段，因此其形态理应反映持存、传播和定殖的需求。然而，AM真菌孢子形态的宏观进化轨迹迄今仍未得到充分解析，这限制了我们判断孢子究竟是分化为多种设计，还是始终受限于一种共同结构的能力。

在此，我们构建了首个AM真菌孢子的定量形态空间，并推断其性状演化的宏观进化模式。我们发现，AM真菌孢子的多样化主要通过尺度变化而非重新设计实现。该形态空间主要由大小所主导，孢子尺寸与壁体积通过近乎等距的尺度关系相协调。尽管在不同大小范围内，形状总体上仍以近球形为主，但最大的孢子在壁上的材料分配比例相对更低；与此同时，表面饰纹和颜色构成了一个在很大程度上独立的表面变异轴。大多数物种占据了性状空间中的狭窄区域，而系统发育关系较远的谱系则趋同于相似的性状组合。

我们提出，适应性过滤与建造经济性共同维持了这一结构。近球形几何可能为封装并保护宿主间持存所需储备物质提供了一种高效方案，同时将对壁材料的投入降至最低；而表面性状则可能介导传播载体。从功能上看，这一结构表明，AM真菌孢子的塑造更多受其随时间持存的要求驱动，而非受风力传播的要求驱动。因此，AM真菌孢子的形态空间将保守的孢子设计与专性互利共生体在传播过程中面临的挑战联系起来。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.21.746157v1?rss=1

🏷️ 丛枝菌根真菌 孢子形态 宏观进化 谱系比较 趋同演化 互利共生