原文信息
原文链接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19783
扫描二维码或者点击文末左下角“阅读原文”
研究内容
日本研究团队发表在New Phytologist上的一篇开创性研究论文，深入分析了全球树木物种的菌根共生关系、种子传播以及传粉模式，揭示了这些生态特征之间存在的显著共同进化联系。这项研究不仅为揭示森林生态系统中生物多样性的形成和维持机制提供了新的科学视角，而且对于指导生物多样性的保护工作和优化生态系统管理策略具有深远的学术价值和实践意义。
研究背景
菌根共生、种子传播和传粉是陆地生态系统中最显著的互利互惠关系，这些关系对当前植物多样性的形成至关重要。尽管这些互利关系在植物生态系统中的作用已被广泛认可，但它们如何相互作用并共同促进植物多样性的具体机制尚不明确。
主要结果
1. 树木共生互动的进化印记
研究人员通过综合分析全球树木物种数据库、植物菌根类型数据库以及种子和花粉传播距离的文献数据，并运用统计软件和系统发育分析工具，深入探究了树木中菌根共生、种子传播和传粉方式之间的联合进化关系。通过构建时间校准的系统发育树，研究人员展示了699种树木物种在菌根类型、种子传播方式和传粉模式上的分布，揭示了这些生态特征在进化树上的聚集模式（图1），不仅为理解树木物种多样性的进化背景提供了直观的框架，而且强调了生态特征之间的相互作用可能对森林生态系统的结构和功能产生深远影响。
图1：699种树木（数据库I）的时间校准系统发育树。树的分支颜色表示菌根类型（橙色为AM，蓝色为EcM，绿色为AM+EcM）。内部和外部标签的颜色分别表示种子传播方式（红色为内生动物传播，蓝色为风传播，黄色为未特化）和传粉方式（粉色为生物传粉，蓝色为非生物传粉）。
2. 树木种子与花粉传播距离及共生互动的模式分析
利用两个已有数据库（数据库I为直接观察收集的699种树木物种数据，包括丛枝菌根（AM）、外生菌根（EcM）以及兼具AM和EcM特性的树种，确保了菌根类型数据的准确性；数据库II则基于系统发育模式预测，包含10475种树木物种，具有广泛的物种覆盖度），研究人员比较分析揭示了不同传播模式下种子和花粉的平均及最大传播距离的差异，发现内生动物传播的种子具有较长的平均传播距离，而生物传粉的花粉在最大传播距离上超越了非生物传粉方式（图2）。此外，通过分析不同菌根类型（AM和EcM）的树木在种子传播和传粉模式上的相对比例，研究人员发现丛枝菌根（AM）相关的树种倾向于通过内生动物进行种子传播和生物进行传粉，这可能与其依赖动物介导的服务和较长的传播距离有关。而外生菌根（EcM）相关的树种则更可能采用风媒传播种子和风传粉，这可能与它们适应的环境条件和较短的传播距离有关。
图2: 比较了不同种子传播方式的种子传播距离。(a)内生动物传播种子与风传播种子和未特化种子的最大传播距离的比较；(b)平均传播距离的比较。(c)生物传粉与非生物传粉的最大花粉传播距离的比较；(d)平均花粉传播距离的比较。
图3: 不同菌根类型树木的种子传播方式和传粉方式的相对比例。(a, d)数据库I和数据库II中AM、AM+EcM和EcM类型树木的种子传播方式的相对比例；(b, e)数据库I和数据库II中不同菌根类型树木的传粉方式的相对比例；(c, f)数据库I和数据库II中具有生物和非生物种子传播方式的树木的传粉方式的相对比例。“+”表示显著高于预期比例，“-”表示显著低于预期比例。
3. 菌根类型与种子传播及传粉模式的演变
研究人员利用流程图展示了菌根类型、种子传播方式和传粉方式的进化过程。分析结果表明，与丛枝菌根（AM）相关的树种更可能从非生物传播方式进化到生物传播方式，而与外生菌根（EcM）相关的树种则更可能从生物传播方式进化到非生物传播方式。此外，AM树种发展出生物传粉模式的可能性更大，而EcM树种则更可能从生物传粉进化到风传粉模式（图4,5）。这些进化趋势揭示了树木如何根据不同的生态位和环境条件适应性地调整其生存策略，并且强调了菌根共生、种子传播和传粉互利互惠关系在树木进化中的共同影响。
图4: 基于数据库I的流程图，显示了菌根类型、种子传播方式和传粉方式之间的相互关联进化。实线箭头表示显著的进化转变，虚线箭头表示非显著的转变。图中的数值表示相对转变得分。
图5: 基于数据库II的流程图，与图4类似，显示了菌根类型、种子传播方式和传粉方式之间的相互关联进化。
结论
本研究通过深入分析两个全球性的树木物种数据库，揭示了菌根类型、种子传播方式和传粉模式之间显著的共同进化联系。研究发现，与丛枝菌根（AM）真菌共生的树木更可能展现出内生动物传播种子和生物传粉的特性，而与外生菌根（EcM）真菌共生的树木则倾向于风传播种子和风传粉的模式。这些突破性的结论不仅丰富了我们对植物多样性背后驱动力的认识，也为全球变化背景下的生态系统适应性和可持续性研究开辟了新的方向。
