没有叶子没有根 菟丝子开花全靠“窃听”

每日一看8个月前发布 小彭
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尽量增加种子数量,随着寄主开花的节奏而开花,与寄主植物进行高频的物质交流……菟丝子这种没有叶子和根的寄生植物,生命力极强。

近日,中国科学院昆明植物研究所(以下简称昆明植物研究所)吴建强研究团队利用遗传学和分子生物学技术,揭示了菟丝子不寻常的开花调控机制,对于分析菟丝子的生理、寄生植物的生态学和进化史。 意义。 相关研究成果于北京时间9月1日凌晨发表在《美国国家科学院院刊》上。

从寄主那里获取营养

自然界中,寄生植物约有4000~5000种,约占被子植物的1%。 常见的人类寄生植物有罗文、独脚金、槲寄生、桑树、菟丝子等。

“菟丝子是典型的茎寄生植物,所有的养分和水分都是从寄主那里获得的。” 吴建强向科技日报记者介绍,菟丝子属于旋花科菟丝属。 约有200种。 它是人们常吃的红薯的近亲。

在漫长的进化过程中,菟丝子的根和叶完全退化,光合能力很弱甚至完全丧失,所以要依靠寄主来获取养分。 这种神奇的植物能将自己的茎缠绕在寄主的茎上,并产生强大的吸器侵入寄主体内,与寄主的木质部和韧皮部连接,​​并与寄主建立维管束连接,以获得水分和生长。 营养素; 同时实现宿主与菟丝子之间病毒、DNA、RNA及次生代谢产物的交换。

FT 蛋白启动开花程序

开花是高等植物繁殖和物种延续的重要生理过程。 对于大多数植物来说,在季节性日照长度和温度变化的条件下,叶子是植物感知这些环境因素并启动开花过程的重要器官,但没有叶子甚至没有光合作用的菟丝子是如何实现开花的呢? 呢绒? 近日,吴建强团队从分子水平解析了菟丝子开花的分子机制。

“初步研究表明,菟丝子基因组中大量基因丢失,包括调节植物开花相关生物钟途径、光周期途径和春化途径的关键基因。发现菟丝子和普通菟丝子的开花机制自养植物可能会有所不同。” 论文第一作者、昆明植物研究所助理研究员沉国靖介绍,早在20世纪60年代,美国研究人员就发现广泛分布的田间菟丝子在不同的光照条件下,与寄主保持相同的开花时间。状况。

在许多被子植物的基因组中,FT基因(FT蛋白)编码的蛋白质称为成花素,在植物开花中发挥着重要作用。 在适宜的条件下,植物叶片合成FT蛋白,FT蛋白可从叶片长距离转运至顶端分生组织,诱导开花。 “我们从烟草入手,敲除烟草基因组的FT基因,发现这些转基因烟草根本不能开花,当然也没有种子;而寄生在其上的菟丝子也不知所措,确实如此不开花,甚至比宿主还早死。” 吴建强说道。

遗传学研究表明,宿主FT基因表达是菟丝子开花的必要条件。 “通过分析菟丝子的FT基因结构,我们发现菟丝子的FT基因存在较大的变异,并且在菟丝子的不同发育阶段都无法检测到FT基因。” 沉国敬表示,他们继承了南方菟丝子的FT基因,转化到模式植物拟南芥中,发现不能诱导拟南芥提前开花,这说明南方菟丝子的FT基因可能已经进化成了假基因,没有功能。 进一步的生化分析表明,当带有绿色荧光蛋白GFP标签的拟南芥FT蛋白在转基因烟草中表达时,在菟丝子中可以检测到从烟草转移到菟丝子的FT-GFP蛋白。

此外,通过蛋白质组分析,研究人员发现大豆宿主的FT蛋白也可以转运到菟丝子体内。 非常有趣的是,宿主的FT蛋白被转运到菟丝子体内后,还可以与菟丝子体内的FD蛋白结合,形成蛋白复合物,从而启动菟丝子中下游开花基因的表达。菟丝子,并使菟丝子开花。

《窃听》高手与主持人同步绽放

寄生植物和寄主之间的对话和信号传递一直在发生。 “就像两个人说话,彼此都能听懂。寄主的FT蛋白是一个非常美丽的信号,它可以从寄主转移到菟丝子身上,从而告诉菟丝子‘寄主即将开花’的重要信息。” ”。 吴建强解释道。

研究表明,菟丝子通过“点击”寄主植物的 FT 开花信号来与不同寄主的开花时间保持一致。 正是这种“随波逐流”的开花行为使菟丝子能够适应非常广泛的寄主植物。

“如果菟丝子有固定的开花时间,但开花晚于寄主,则很难从已经开花甚至结籽的寄主那里获得足够的营养,甚至可能在菟丝子开花之前寄主就死亡;寄主开花过早,其生物量和种子产量将远小于与寄主同时开花的菟丝子。” 沉国靖表示,这项研究的重点是“破译”菟丝子的“窃听”技术,以及这项技术如何给它的生存和繁衍带来哪些影响。

“要知道,烈荡同样是一种寄生植物,对农业生产的影响比菟丝子要严重得多。基于这个结果,我们目前正在关注是否存在类似的开花‘割胶’现象。”它和主机之间发出信号。” 吴建强表示,这个问题如果弄清楚,可能为烈党等寄生植物的防治提供参考,同时也将对农业生产和植物生物学的研究产生重要影响。

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