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生物学科技信息|百合花·“糖”的负担·奇异福建龙·工蜂“变”蜂王·动物传粉·外星人·进化成瘾·身高影响肠道菌群多样性·开花植物

花匠小妙招
2024-08-10 11:04

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百合花缘何具有

丰富的花色和斑点

摘自8月30日《中国科学报》报道，近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所百合课题组在百合花青素苷生物合成调控方面取得新进展。相关研究内容在线发表于Horticulture Research上。

亚洲百合探戈系列（第一排左一为‘Tiny Padhye’）。

中国农科院供图

百合拥有“球根花卉之王”的美誉，因花色丰富受到消费者的青睐。花青素苷是百合粉红色、紫色等花色类型的主要呈色物质——作为类黄酮物质，赋予植物营养组织和生殖器官丰富的颜色，并保护植物免受环境胁迫下产生的活性氧的影响。花青素苷在空间和时间离散的积累导致百合花被片不同色素沉着模式的形成，这是由于空间调控的基因表达而产生的结果。在亚洲百合探戈系列中，花青素苷的特异性积累导致花被片基部产生飞溅型斑点因而形成双色，其具体成色机理尚不清楚。

该研究通过前期亚洲百合探戈系列‘Tiny Padhye’的转录组数据筛选到一个WRKY家族差异表达基因LhWRKY44。研究发现，该基因的表达趋势与花青素苷的积累趋势一致，并参与百合花青素苷合成的正向调控。进一步研究揭示了该基因促进花青素苷积累的双重调控机制。

该研究发现，LhWRKY44的启动子上存在大量的非生物胁迫响应元件，其表达受到干旱胁迫处理的诱导。此外，LhWRKY44可能参与发育信号的调控。研究结果丰富了亚洲百合花青素苷合成的调控网络，为百合花色分子育种提供了理论基础。

相关论文信息：

https://academic.oup.com/hr/advance-article/doi/10.1093/hr/uhad167/7247527?login=true

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“0糖”“0蔗糖”“代糖”

有啥区别？

摘自9月6日《中国消费者报》报道，醉心甜蜜的感觉，又不想承受“糖”的负担，一些号称无糖、低糖的饮品开始成为不少年轻人的心头好。然而，面对包装上诸如“0糖”“0蔗糖”“代糖”等花样繁多的“健康宣示”，不少人还是傻傻分不清。那么，这些糖到底有啥区别呢？科信食品与健康信息交流中心副主任、副研究馆员阮光锋在接受《中国消费者报》记者采访时介绍说，据科信中心此前开展的一项“中国消费者甜味剂认知调查”显示，超八成消费者选购无糖食品和饮料时通过“不含蔗糖”“0蔗糖”等标识来判断产品是否无糖，从而存在被误导的可能。

视觉中国供图

阮光锋解释说，标识“0蔗糖”，只代表产品不含蔗糖，但不一定代表无糖，甚至不一定是低糖。如果配料表中有果葡糖浆、结晶果糖、蜂蜜、浓缩果汁、果酱等配料，那就说明它仍然是有糖的。

而“0糖”食品或饮料，根据我国食品安全国家标准《预包装食品营养标签通则》规定，“0糖”是指每100克或100毫升固体或液体食品中的含糖量不高于0.5克。大家在选择食品时，一定要注意查看营养标签，注意区分。

所谓“代糖”，其实就是甜味剂，即赋予食品以甜味的物质，属于食品添加剂，主要有天然甜味剂和人工合成甜味剂两大类。

天然甜味剂包括天然物的衍生物和非糖天然甜味剂。前者有三氯蔗糖、阿斯巴甜（甜味素）、纽甜等，味质都接近于蔗糖，后者则主要有罗汉果甜苷（罗汉果提取物）、甘草类甜味剂（甘草提取物）和甜菊糖苷等，风味各异。人工合成甜味剂，是采用化学合成、改性等技术得到的有不同特性的甜味剂，甜度远高于蔗糖，常用有糖精或糖精钠、甜蜜素等。甜味剂须按照规定的范围和限量使用。《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》（GB 2760-2014）明确规定了甜味剂的使用范围和用量，也明确规定了哪些食品不允许使用甜味剂。只要是按照标准合理使用，都是安全的。目前，饮料行业广泛应用的代糖大致有营养性代糖与非营养性代糖两种，前者以无糖饮料中常见的赤藓糖醇为代表，后者则以甜菊糖、罗汉果甜苷、阿斯巴甜、安赛蜜等为代表。

科信食品与健康信息交流中心的前述调查发现，消费者对糖和代糖（甜味剂）的认知较为模糊，存在大量混淆。比如大约70%的消费者认为糖精是糖，大约60%的消费者认为三氯蔗糖、甜菊糖是糖，但其实它们都是代糖，即甜味剂。同时，近30%的消费者认为结晶果糖不是糖，但实际上它是货真价实的糖。阮光锋建议，消费者选购食物或饮品时应该养成看营养成分表的习惯。营养成分表会标注每100毫升产品中碳水化合物的含量及能量情况。部分食品或饮料的营养成分表会单独标注“糖”的含量，这有助于消费者判断所购买产品是否真正为“0糖”。

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3年挖掘

他们发现“奇异福建龙”

摘自9月8日《中国科学报》报道，在研究鸟类起源和早期演化，尤其是中生代鸟类如何从恐龙演化而来的领域，中国科学院古脊椎与古人类研究所（以下简称古脊椎所）研究员王敏是十分“高产”的一位科学家。从2014年正式开展科研工作至今，他先后参与命名的原始鸟类约占全世界目前已知中生代鸟类属种的1/3。其中包括2015年被Science的评述文章评价为“近10年来有关鸟类早期演化研究中最重要的发现”的“弥曼始今鸟”，还有2019年登上Nature翅膀恐龙——“长臂浑元龙”。9月6日，王敏团队与福建省地质调查研究院（以下简称福建地调院）合作完成的第二篇Nature论文发表，报道了侏罗纪最晚期、地理位置最南的鸟翼类恐龙——“奇异福建龙”，还建立了距今1.5亿至1.48亿年的陆相生物群——政和动物群。

奇异福建龙与政和动物群生态复原图

赵闯/绘制

有关鸟类的起源和演化，长期以来都是演化生物学讨论的重点。鸟翼类恐龙至少在晚侏罗世就和非鸟类兽脚类恐龙（以下简称兽脚类恐龙）发生分化，独立成为一支。在侏罗纪晚期，最著名的鸟翼类恐龙就是距今约1.6亿年的近鸟龙和距今约1.5亿年的始祖鸟，它们和现代鸟类有着共同的祖先。系统发育分析显示，奇异福建龙是从近鸟龙家族分异出来的一支。它的出现，填补了始祖鸟与早白垩纪出现的大量鸟类在时间上长达3000万年的空白。在这段漫长的历史中，演化这只“看不见的手”又幻化出了怎样的“鬼斧神工”？王敏直言，奇异福建龙的形态至今让他觉得不可思议。“它的前肢与始祖鸟相似，腰带的耻骨和坐骨分别具有伤齿龙类和近鸟龙的典型特征。这相当于把和鸟类关系比较近的恐龙或者鸟翼类恐龙的部分结构打散，重新拼出了一只动物。”更夸张的要数它的后肢。王敏解释，所有兽脚类恐龙的大腿都比小腿更长，而鸟翼类恐龙在演化过程中，虽然小腿逐渐变长，但增加程度有限，可奇异福建龙的小腿却达到了大腿长度的两倍，这在已知的中生代恐龙和鸟类中绝无仅有。

在过去的研究中，古生物学者们认为，从恐龙向鸟类演化，适应树栖是“主调”。而适应树栖生活最重要的特征就是重心要稳，因此小腿不能过长。反观演化晚期出现的现代鸟类，那些长着大长腿的鹤、鹳、鸵鸟，它们要么是涉禽，要么在陆地上奔跑的能力很强。因此，这项研究提出，奇异福建龙是一类很特别的善于奔跑或者生活在水边的小型鸟翼类恐龙。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06513-7

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超乎想象！

工蜂也能“变”蜂王

摘自科学网9月13日报道，圆圆的脑袋、胖胖的身体、鼓鼓的屁股、显眼的黄色和黑色的斑纹，看起来非常可爱的熊蜂，是设施农作物最理想的授粉昆虫之一。熊蜂不仅外表和蜜蜂不同，其习性和生理构造也不一样。熊蜂工蜂保留着完整的受精囊，而蜜蜂工蜂的生殖器官已经退化或丧失。近日，中国农业科学院蜜蜂研究所研究员李继莲牵头完成的研究成果在Nature Communications发表。该成果揭开了熊蜂的进化之谜，挑战了熊蜂工蜂终身不能交配是羽化前决定的这一认知。这一发现也是了解蜂类等社会性昆虫进化历程的一个重大飞跃。

熊蜂授粉。

田里/摄

与蜜蜂是复杂高级社会性昆虫不同，熊蜂是简单高级社会性昆虫。熊蜂大部分一年一代，蜂王需要越冬度过滞育期。熊蜂蜂群由一只交配过的蜂王独居繁殖而来，因而蜂王在初始阶段负责产卵、采集和饲喂。第一批工蜂成熟后，才开始劳动分工，承担起哺育幼虫、清理巢房、采集食物等工作。当工蜂开始竞争产卵，蜂群就出现雄性蜂，新的蜂王性成熟后交配，又进入下一轮滞育期，就这样一代一代地繁衍。丹麦哥本哈根大学社会进化中心教授Jacobus J. Boomsma 认为，社会性昆虫的一个主要特征就是雌性在羽化前就决定了生殖劳动分工的两种级型。级型是指社会性昆虫群体中同为雌性却具有不同形态、身体结构、劳动分工和行为的个体类型，如蜜蜂中的工蜂和蜂王。蜂王具有繁殖优势，能够交配、储存精子和产下受精卵；而工蜂同为雌性，终身不交配。蜂的生殖器官如卵巢和受精囊退化或丧失等现象，在蜜蜂和大多数蚂蚁中普遍存在。传统理论认为，这不仅消除了在未交配个体中发育和维持这些器官的成本，而且级型之间的这种形态特殊化将促进有效的劳动分工，减少群体内的生殖冲突。

2000年，科学家在解剖比较熊蜂的工蜂和蜂王的生殖器官时发现，熊蜂工蜂具有和蜂王类似的受精囊，而且受精囊的生理结构和分泌物也与蜂王类似，只是大小不同。后来，科学家又在胡蜂和某些蚂蚁亚科中发现，终身不能交配的雌性工蜂保留着完整的受精囊。这成为一个未解的进化之谜。当科学家发现熊蜂工蜂的受精囊与蜂王的受精囊类似时，并没有揭示熊蜂工蜂的受精囊是否有功能，以及为何保留完整且耗能的受精囊。据论文评审人分析，可能是因为熊蜂人工授精是一个相当复杂的技术。李继莲在10多年前就特别重视熊蜂的人工授精，但因种种原因，研究没有进行下去。直到2019年，她遇到了论文第一作者庄明省—— 一名会做蜜蜂人工授精的学生。

李继莲和庄明省发现交配能力是与生俱来的，因为工蜂羽化后单独饲养时可以与雄蜂交配，而在蜂群中饲养却失去了交配能力。他们还观察到，失去蜂王的蜂群里的工蜂，也有机会交配且繁殖出雌性后代。“工蜂在失王的蜂群中有机会交配，可能是一种繁殖策略，以维持蜂群发展，应对蜂王的早期损失。”李继莲说。该研究结果可以解释熊蜂工蜂终身不交配却保留完整受精囊的悖论，颠覆了已有认知，为社会性昆虫熊蜂的进化提供了新的理论指导，将促使人们重新评估工蜂级型在社会性蜂群中的作用，具有重要的科学价值。

此外，人们还可以利用工蜂的交配和繁殖能力为阻止全球熊蜂数量下降提供新方法。李继莲说，对稀有和濒危熊蜂物种的工蜂进行人工授精，可用于熊蜂蜂王的大量繁殖，如果将它们放归栖息地，对熊蜂多样性的保护将会起到重要作用。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-41198-6

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地球上90%有花植物

依赖动物传粉

摘自9月13日《中国科学报》报道，近日，华中师范大学生命科学学院教授黄双全团队采用新的调查和计算方法，揭示地球上90%的有花植物依赖动物传粉。这为作物和野生植物的繁殖以及传粉者保护构筑了可信的基石。相关成果近日在线发表于National Science Review。

有花植物传粉模式的判定需要野外实验证据。

受访者供图

传粉动物在保障野生植物繁殖、农作物品质与产量方面至关重要。据估计，全球35%的作物依赖于动物传粉。目前，全球传粉动物的种类及其群体呈现衰减趋势。“当前，有多少有花植物物种由动物传粉这一问题在世界范围内仍缺乏精准评估，学界对此争议不断。”黄双全告诉《中国科学报》。他介绍，目前广为接受的估计值来自2011年的一项研究，该研究认为87.5%的有花植物物种由动物传粉。但该研究涉及的植物类群少，同时对植物类群传粉模式存在误判。“自达尔文时代以来，已有文献研究了数万种有花植物的传粉模式，我们可以适时对整个有花植物的传粉模式进行合理的评估和统计。”黄双全说。

研究人员仔细核对了文献中有关传粉模式的有花植物种类，从上千篇文献中查看了传粉模式，更正了一些被文献误判的类群，分析出非生物传粉模式和双传粉模式类群。随后，他们在两个包含全球植物的大型数据库基础上，评估种、属和科3个分类阶元上的数据，用减法计算类群中非生物传粉和双传粉模式的数量，发现在有花植物中，64%至68%的科、88%的属和90%的种依赖于动物传粉。黄双全表示，在当今全球传粉者衰退的背景下，该研究有助于人们了解传粉者在野生植物生态系统和农业生态系统中的重要性。

相关论文信息：

https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwad219/7241545?login=true

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墨西哥展出“外星人”

或成为首个承认外星生物的国家

摘自央视新闻9月14日报道，当地时间9月12日，墨西哥议会首次召开与“不明异常现象”相关的公开听证会，两具被认为疑似是“外星生物”的遗骸亮相。

摘自央视新闻

在当天的听证会上，墨西哥议会对外展出了两具疑似“外星生物”的遗骸。这两具遗骸于2017年在秘鲁被发现，距今分别有1800年和700年。遗骸的头部细长，每只手有3根手指。从遗骸中提取的DNA也显示，它们并非人类。目前这两具遗骸的具体情况仍有待进一步研究。有观看听证会直播的民众表示，对这两具“遗骸”的真实性表示怀疑。据当地媒体报道，墨西哥方面计划通过听证会推动相关立法工作。该国可能因此成为全球首个承认“外星生物”存在的国家。

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宿主离不开微生物？

实质或是“进化成瘾”

摘自9月4日《中国科学报》报道，一个关于微生物的主流观点是，没有微生物组，宿主会出现问题。宿主需要微生物发挥独特而有益的功能。现在，美国科学家对此提出质疑。在近日发表于Trends in Microbiology的一项观点文章中，加州大学欧文分校进化生态学家Tobin Hammer认为，在某些情况下，微生物可能并没有帮助宿主，但没有微生物的宿主可能会出现“故障”，因为宿主已经进化出了对微生物的依赖。在这种情况下，宿主依赖微生物维持机能，但微生物实际上并没有提供任何好处。

图片来自：Pixabay

进化成瘾有时也被称为“进化依赖”，它可能发生在任何宿主系统中——从人类肠道到植物根系，再到微生物宿主。Hammer打比方称这就像自己对咖啡的依赖。“我需要咖啡来维持基本功能，但我现在的表现并不比上瘾之前好多少。我只是需要咖啡来保持正常。”Hammer说，“同样的过程也可能发生在宿主—微生物共生系统中：没有功能改善的依赖进化。”虽然进化成瘾的概念已经在其他共生系统中被讨论过，例如草食动物和植物、寄生虫及其宿主，但很少在微生物组的背景下得到考虑。Hammer认为，在解释微生物去除实验时应该考虑进化成瘾，因为它可能对宿主—微生物相互作用的进化和稳定性有独特的影响。

有几种可能的方式使宿主在进化上对微生物“上瘾”。其中一个是，宿主在微生物存在的情况下适应并发挥作用，并在此过程中依赖于它们。这一途径可以解释哺乳动物免疫系统是如何依赖肠道微生物的：如果在共生关系的早期阶段，宿主在获益的同时也经历了炎症，那么它可能会选择具有较不敏感的免疫反应。通过这种方式，宿主的免疫系统已经被校准为在微生物存在的情况下发挥作用，因此微生物缺失会导致免疫功能障碍。或者，宿主可能会对与其功能特征相似的微生物“上瘾”。在这种情况下，宿主保留这种特性的选择压力较小，因此宿主最终失去了这种特性，转而依赖微生物。例如寄生蜂，它长期感染细菌内共生体沃尔巴克氏体属，并需要这种细菌才能产卵。其他没有长期感染该细菌的物种则不需要细菌来产卵。而且，这种细菌并没有提高寄生蜂产卵能力，它只是借助细菌恢复了基本功能。

相关论文信息：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0966842X2300224X?via%3Dihub

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身高或可影响肠道菌群多样性

摘自科学网9月5日报道，一个人的身高可能会影响其肠道微生物群的细菌多样性。这或许是因为高个子的人有更长的胃肠道，可以容纳更多样的微生物。然而，一位科学家认为，一个人的基因和童年时期的不良饮食习惯都可能抑制其生长，并影响其肠道微生物群。之前的研究表明，脊椎动物的体形与肠道微生物菌落的多样化有关。这种趋势在体形差异较大的动物（如老鼠和大象）之间最为明显。美国系统生物学研究所Kat Sarmiento团队希望查明这种趋势是否也适用于人类。预印本bioRxiv日前公布了相关研究成果。

图片来源：Callista Images/ Alamy

研究人员采集了8000多名志愿者的数据，其中，5000人此前参与了一项与肠道有关的实验、3000多人参与了某健康项目。所有人都提供了身高信息——从127厘米到218厘米不等，以及用于肠道微生物组测序的粪便样本。他们发现，参与者肠道内细菌种类的多样性与身高成正比。研究人员把这种情形与岛屿生物地理学观点进行了类比。该观点认为，更大的岛屿往往比较小的岛屿有更大的物种多样性。他们说，也许是更高的人有更长的胃肠道，能容纳更多样的微生物。为了解这种情形对健康意味着什么，研究人员随后集中关注了130名此前参与肠道实验的人，他们都有艰难梭菌感染史。这种细菌在肠道中通常无害，但在肠道菌群平衡被打破后，如服用抗生素，则可能引起腹泻。研究人员将这些人与肠道实验参与者进行比较后发现，有艰难梭菌感染史的人略矮（168.1厘米），低于其他人（171.7厘米），且他们的肠道多样性得分明显较低。

此外，研究人员还发现，相比身高，吃高纤维饮食似乎更能防止艰难梭菌感染。“这表明身高的影响可以被饮食所抵消。”“如果你个子矮，那就多吃蔬菜。”相关论文通讯作者、系统生物学研究所Sean Gibbons说。

相关论文信息：

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.08.08.552554v1

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开花植物在恐龙灭绝事件中幸免

摘自9月14日《科技日报》报道，英国和墨西哥科学家在最新一期Biology Letters志上发表的一项新研究表明，在6600万年前发生的导致恐龙从地球上消失的大灭绝事件中，开花植物虽然也有部分物种消失，但相对来说没什么损失，因此这一毁灭性事件也让开花植物成为今天植物家族中的“主角”。

图片来源：物理学家组织网

地球历史上曾发生过几次大灭绝事件，其中最著名的一次发生于6600万年前，由一颗小行星撞击地球导致，深刻地改变了地球上生命的演化进程。这一白垩纪—古近纪（K-Pg）灭绝事件至少消灭了地球上75%的物种，包括恐龙在内，但科学界迄今并不清楚它对开花植物产生了什么样的影响。植物不像大多数动物那样拥有骨骼或外骨骼，这意味着植物化石相对罕见，所以仅凭化石证据很难理解植物进化的时间线。

在最新研究中，巴斯大学米尔纳进化中心的贾米·汤普森博士和墨西哥国立自治大学的桑提亚哥·拉米雷兹·巴拉奥纳博士，分析了由73000种开花植物（被子植物）的DNA序列内的突变构建的“进化树”，并使用复杂的统计方法，创建了“出生—死亡”模型，以估计整个地质时期开花植物的灭绝率。化石记录显示，虽然许多植物物种确实消失了，但它们所属的谱系仍有物种幸存下来，并在今天的植物界占据主导地位：目前世界上有大约40万种植物，其中约30万种是开花植物。分子钟证据也表明，今天的绝大多数被子植物科都存在于K-Pg事件之前，包括兰花、木兰和薄荷的祖先在内的物种都曾与恐龙同时生活在地球上。K-Pg事件发生后，地球上的大多数物种灭绝，被子植物占据优势地位。

开花植物为何具有如此顽强的生命力？巴拉奥纳解释说，开花植物具有非凡的适应能力，它们使用各种种子传播和授粉机制，有些进化出了新的光合作用方式——这种“花之力”使它们成为大自然真正的幸存者。

编辑 | 石玉帛

审核 | 李增娇

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