有关地衣的奇特发现：无性生殖的它们却拥有有性生殖的基因

南极洲的 Lepraria 地衣。 资料来源：Felix Grewe，菲尔德博物馆

您可能在树干和公园长椅上看到过地衣，但它们实际上是世界上最奇特的生物。 地衣常常被误认为是苔藓，它们是由真菌和藻类或细菌组成的微型生态系统，能从阳光中产生能量，共同生活在一个整体中。

它们似乎并不像许多同类生物那样遵循相同的生物规则，科学家们仍在不断发现关于它们的新事物。

例如：在《BMC Genomics》杂志上发表的一项新研究中，研究人员震惊地发现，一种长期以来被认为是无性生殖的地衣Lepraria 仍然具有有性生殖的基因。 这些地衣与科学家们几十年来的想法相反，它们可能拥有秘密的性生活，但却无人能够观察到。

Lepraria 地衣的特写照片。 图片来源：Felix Grewe，菲尔德博物馆

"地衣看起来基本上就像绿色、灰色和褐色的灰尘。 它可能就是你通常认为的长在长椅或岩石上的地衣--有点像苔藓，但又不是苔藓，"该论文的第一作者、野外博物馆格雷格生物信息中心博士后研究员梅雷迪斯-多尔曼（Meredith Doellman）说。"科学家们花了 200 多年的时间研究这些东西，他们发誓，组成Lepraria属的地衣从未产生过任何有性生殖的结构。 因此，他们认为这些地衣是无性生殖的。"

真菌构成了地衣身体的大部分，地衣依靠真菌部分进行繁殖。 真菌可以通过母体的分裂或出芽进行无性繁殖，但它们也能进行有性生殖。 真菌的性行为......很复杂。

简而言之，就是当两个相容的真菌亲本的地下线状网络相互融合并共享遗传物质时，它们就会聚集在一起，形成一个叫做子实体的地上结构（蘑菇可能是最著名的真菌子实体）。 (子实体的作用是散播孢子，相当于真菌的种子。 这些孢子随风、水和动物散播，最终落在某个地方，长成真菌网络，开始新的过程。

地衣的有性繁殖也遵循类似的模式。"典型的有性生殖地衣会与另一个个体交配，并产生称为子囊的子实体。 这些子囊孢子会向空气中释放孢子，然后定居下来长成新的地衣。"

资深作者 Felix Grewe 在南极洲采集地衣。 图片来源：Felix Grewe，菲尔德博物馆

在对Lepraria地衣两个世纪的研究中，科学家们从未发现过绒毛。 虽然世界上有很多无性生殖的地衣，但Lepraria一直被认为是一种特殊的、没有有性生殖的整属地衣--在大多数情况下，有一个无性生殖的地衣种和一个有性生殖的姊妹种。 Lepraria作为一个完全由无性物种组成的属，似乎是独一无二的。

这一假设促成了多尔曼和她在菲尔德博物馆的同事们的研究项目。多尔曼说："我们认为我们可以做一些有趣的比较基因组学研究，并证明Lepraria与它的近亲 Stereocaulon不同，已经失去了典型的真菌性能力。 "菲尔德博物馆普利兹克实验室的科学家们从世界各地，从芝加哥植物园到南极洲，采集了Lepraria 和Stereocaulon 的DNA样本。

"我们组装了它们的基因组，对基因进行了注释，并寻找那些通常参与细胞减数分裂过程的已知基因。 我们寻找参与子实体形成的基因，"Doellman说。"我们原以为在Lepraria中，这些基因会退化、不再起作用或完全缺失。 但相反，我们发现了整个基因补体，它们似乎都完好无损，功能正常，几乎与Stereocaulon中的姐妹基因一模一样。"

Lepraria 有性繁殖的证据颠覆了多年来的科学观察。"菲尔德博物馆格雷格生物信息中心主任、该论文的资深作者费利克斯-格雷维（Felix Grewe）说："我感到非常非常惊讶。世界上没有地衣学家会认为这些地衣有性行为，但它们却有这方面的基因。"

虽然研究人员发现Lepraria具有与有性生殖相关的基因，但他们仍然没有发现子实体。"即使有，也非常罕见。 它们找到了躲避我们的好办法，"Grewe 说。

另一种可能的解释是，Lepraria确实只进行无性繁殖，但它们保留了性基因，因为这些基因对其他方面有用。它们有可能在进行类似有性生殖的活动，但又不是。 多尔曼说："有可能它们在进行某种类似有性繁殖但又不是有性繁殖的活动，它们仍然在进行基因信息重组，只是重组的方式不同。对于未来的研究，我们可以观察是否有不同类型的交配发生，我们可以在种群水平上研究Lepraria的遗传学，看看它是否与无性繁殖一致。"

Lepraria的生殖之谜有助于揭示地衣作为真菌与能进行光合作用的藻类或细菌之间的伙伴关系的更大意义。 真菌孢子要长成新的真菌，需要在一个适宜的环境中着陆。

地衣孢子要长成新的地衣，既需要在适宜的环境中着陆，又需要捕获光合作用所需的藻类或细菌作为养料。 (对于大多数地衣来说，如果不是所有地衣的话，真菌伙伴已经进化到没有光合作用伙伴供养就无法独立生存的地步了）。 因此，有性繁殖对地衣来说是一种风险。 从遗传多样性和进化潜力的角度来看，有性繁殖可以带来丰厚的回报，因此几乎所有已知的地衣都会进行有性繁殖。 但是，如果地衣孢子的着陆环境不适合光合作用，那么它们就有麻烦了。

"我认为地衣从母体分裂出来进行无性繁殖是有好处的。 可能无法传播得更远，但可以把你的光合作用伙伴带在身边，"Grewe 说。"有性繁殖还有其他好处。 大量研究表明，与性有关的细胞过程有助于基因组的长期稳定，比如修复遗传密码的断裂。"

虽然目前还不清楚Lepraria是如何利用其出人意料的性基因的，但这项研究是"了解地衣如何工作的又一块拼图"，Grewe说。 这些不起眼的尘埃状生物可以帮助科学家更好地理解基因、性和进化本身。

编译自/ScitechDaily