发布日期：2025-03-07 07:26 点击次数：163
转自：经济日报
中国科学院遗传与发育生物学研究所科研团队与中国农业大学、先正达集团中国以及崖州湾国家实验室等多家单位合作，在“作物抗寄生植物研究”方面取得具有里程碑意义的重大突破，首次从高粱中发现两个独脚金内酯外排转运蛋白SbSLT1和SbSLT2，并揭示了二者与高粱独脚金抗性的关系。研究发现敲除这两个基因后，高粱对独脚金（一种寄生植物）的抗性显著提高。这一发现为培育抗独脚金寄生的高粱品种提供了重要的理论依据和基因资源，进一步通过AI预测和分子及细胞生物学等方法，发现作物该类外排转运蛋白的保守关键氨基酸位点及其广泛的抗寄生应用前景。相关研究于近日发表于国际学术期刊《Cell》。
独脚金属主要寄生高粱、玉米、谷子等单子叶作物，严重制约非洲、亚洲和部分热带地区粮食生产。在我国广东、广西、贵州、云南和海南地区亦有分布。独脚金与小麦秆锈病、马铃薯晚疫病、香蕉叶斑病、大豆锈病、稻瘟病以及木薯棕色条纹病毒并列为世界七大农作物危害之一。
展开剩余63%独脚金的寄生过程极为隐蔽且难以防治。其种子在土壤中可以休眠超过20年，一旦感知到寄主植物释放的独脚金内酯（Strigolactones, SLs），便会迅速萌发并侵入寄主植物的根部，建立寄生关系。传统的防治方法如化学药剂、轮作和土壤改良等效果有限，且成本高昂。因此，培育抗独脚金寄生的作物品种成为解决这一问题的关键。
中国科学院遗传与发育生物学研究所、玉米等作物种质创新及分子育种全国重点实验室主任谢旗研究员、中国农业大学于菲菲教授和中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员、崖州湾国家实验室主任李家洋院士领衔的科研团队与合作者通过原创性解析缺磷条件下独脚金易萌发寄生的生理过程，发现缺磷促进高粱SLs外排的现象，基于原创的基因挖掘技术结合大数据分析和相关分子及细胞生物学技术，首次鉴定出高粱中两个关键的SL外排转运蛋白（命名为SbSLT1和SbSLT2）。研究发现，这两个基因在高粱与独脚金的种子萌发和生长中起着重要作用。敲除这两个基因后，独脚金种子的萌发显著降低。
在田间实验中，研究团队在独脚金高发地区进行了田间小区试验，结果表明， 敲除SbSLT1和SbSLT2基因的高粱品种对独脚金的抗性显著增强，寄生率降低了67-94%，同时高粱的产量损失减少了49%-52%。这一成果为培育抗独脚金寄生的高粱品种提供了重要的基因资源和技术支持。
研究团队进一步揭示了SbSLT1和SbSLT2基因的作用机制。敲除SbSLT1和SbSLT2这两个基因后，SLs的外排受到抑制，导致独脚金无法正常萌发和寄生高粱，从而显著提高了高粱的抗寄生能力。进一步通过AI模拟预测SbSLT1和SbSLT2上形成SL转运通道的关键氨基酸苯丙氨酸位点，发现该位点在所有重要作物转运通道同源蛋白中都存在，玉米ZmSLT1和ZmSLT2的SL外排功能已被证实，证明SL转运机制可能存在保守性，并为重要作物抗寄生提供了具有广泛应用前景的解决方案。
研究团队表示，该发现和功能解析为作物抗独脚金寄生育种提供了新的思路和工具，具有重要的理论和应用价值，有望为寄生植物危害较为严重的地区（如部分亚洲和非洲国家）粮食安全做出重要贡献。未来，联合研究团队将进一步验证相关基因在其他重要作物中的作用并推动抗独脚金寄生作物的产业化。（经济日报记者 佘惠敏）
发布于：北京市