含氰三叶草对根瘤菌投入更多资源，但不影响根瘤菌的进化

氮调控豆科植物与其固氮资源互惠共生者——根瘤菌之间的相互作用。尽管大多数研究都集中于土壤氮有效性如何塑造豆科植物—根瘤菌互惠共生关系的生态学与进化，但植物对氮的需求也可能影响这种互惠共生关系。植物的氮需求存在差异，部分原因在于其专化代谢物的产生存在变异，尤其是在产生氰苷等含氮防御化合物的物种中。氮需求较高的植物可能更加依赖根瘤菌，并可能对根瘤菌投入更多资源，同时对高质量互惠共生者表现出更强的偏好。在本研究中，我们利用来自两个双亲F3作图群体、在氰化作用性状上具有多态性的白三叶草（*Trifolium repens*），考察含氮化学防御是否会影响植物对互惠共生关系的投入，或影响根瘤菌的进化。我们使用单一菌株的*Rhizobium leguminosarum*对产氰和非产氰三叶草品系进行接种，发现产氰三叶草形成的根瘤大于非产氰三叶草，这表明氰化作用与对根瘤菌增加投入相关。若这种更高的根瘤菌投入同时伴随着允许植物优先奖励合作性更强的根瘤菌的伙伴选择或制裁机制，则可能选择出合作性更强的互惠共生者。我们分别使用产氰和非产氰三叶草品系对土壤进行处理，使其经历五个植物生长周期，随后比较从这些土壤中分离出的根瘤菌的互惠质量。在产氰与非产氰三叶草伴生条件下进化的根瘤菌，其质量并无差异。总体而言，我们的结果表明，基于氮的抗植食防御性状能够影响植物对资源互惠共生者的投入，但也提示，投入差异并不必然转化为互惠共生者质量的长期进化变化。

氮主导着豆科植物与其固氮资源互惠共生者——根瘤菌之间的相互作用。尽管大多数研究都聚焦于土壤氮有效性如何塑造豆科植物—根瘤菌互惠共生关系的生态与进化，但植物对氮的需求也可能影响这种互惠关系。植物的氮需求存在差异，部分原因在于其专化代谢物的产生存在变异，尤其是在产生氰苷等含氮防御化合物的物种中。对氮需求较高的植物可能更加依赖根瘤菌，并有可能对根瘤菌投入更多资源，同时对高质量互惠共生者表现出更强的偏好。在本研究中，我们利用来自两个双亲F3作图群体、在氰化能力上具有多态性的白三叶草（*Trifolium repens*），考察基于氮的化学防御是否会影响植物对互惠共生关系的投入，或影响根瘤菌的进化。通过使用单一菌株的*Rhizobium leguminosarum*接种具有产氰能力和无氰能力的三叶草品系，我们发现，产氰三叶草形成的根瘤大于无氰三叶草，这表明氰生成与对根瘤菌增加投入有关。若这种更高程度的根瘤菌投入伴随着配偶选择或制裁机制，使植物能够优先奖励合作性更强的根瘤菌，则可能选择出更加合作的互惠共生者。我们利用产氰和无氰三叶草品系对土壤进行连续五个植物生长周期的驯化处理，并比较从这些土壤中分离的根瘤菌的互惠共生者质量。与产氰三叶草而非无氰三叶草共同进化的根瘤菌，其质量并无差异。总体而言，我们的结果表明，基于氮的抗食草动物防御性状能够影响植物对资源互惠共生者的投入，但也提示，投入上的差异并不必然转化为互惠共生者质量的长期进化变化。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.11.751034v1?rss=1

🏷️ 白三叶草 根瘤菌共生 氰苷防御 资源投入 互惠共生进化