中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所科研團(tuán)隊與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、先正達(dá)集團(tuán)中國以及崖州灣國家實驗室等多家單位合作，在“作物抗寄生植物研究”方面取得具有里程碑意義的重大突破，首次從高粱中發(fā)現(xiàn)兩個獨腳金內(nèi)酯外排轉(zhuǎn)運蛋白SbSLT1和SbSLT2，并揭示了二者與高粱獨腳金抗性的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)敲除這兩個基因后，高粱對獨腳金（一種寄生植物）的抗性顯著提高。這一發(fā)現(xiàn)為培育抗獨腳金寄生的高粱品種提供了重要的理論依據(jù)和基因資源，進(jìn)一步通過AI預(yù)測和分子及細(xì)胞生物學(xué)等方法，發(fā)現(xiàn)作物該類外排轉(zhuǎn)運蛋白的保守關(guān)鍵氨基酸位點及其廣泛的抗寄生應(yīng)用前景。相關(guān)研究于2025年2月12日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《Cell》。

圖為封面插圖。在插圖中，左側(cè)顯示了野生型（WT）高粱釋放 SL，觸發(fā)獨腳金的萌發(fā)和感染，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。"Striga" 在拉丁語中意為“女巫”，插圖中的幽靈象征其對作物的危害。右側(cè)展示了 SbSLT1/2 基因敲除的高粱表現(xiàn)出強大的獨腳金抗性。

與人類寄生蟲對我們健康的沖擊類似，寄生植物對作物和糧食也是毀滅性的打擊。寄生植物通過特殊的結(jié)構(gòu)（如吸器）侵入寄主植物的組織，從中吸取所需的營養(yǎng)物質(zhì)，影響作物正常生長。因此，寄生植物對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)有著重要的影響，尤其是獨腳金屬和列當(dāng)屬寄生植物對農(nóng)作物造成嚴(yán)重危害。獨腳金屬主要寄生高粱、玉米、谷子等單子葉作物，嚴(yán)重制約非洲、亞洲和部分熱帶地區(qū)糧食生產(chǎn)。獨腳金拉丁名“Striga”意為女巫，獨腳金在部分地區(qū)因其寄生特性而被賦予‘女巫草’的別名，在我國廣東、廣西、貴州、云南和海南地區(qū)亦有分布。據(jù)Science雜志報道，獨腳金與小麥稈銹病、馬鈴薯晚疫病、香蕉葉斑病、大豆銹病、稻瘟病以及木薯棕色條紋病毒并列為世界七大農(nóng)作物危害之一。而列當(dāng)屬是主要影響重要的蔬菜作物如番茄、馬鈴薯以及油料作物如向日葵等。在我國內(nèi)蒙古等地區(qū)，列當(dāng)對向日葵和番茄的寄生危害尤為嚴(yán)重，常導(dǎo)致減產(chǎn)絕收。菟絲子屬也是一種常見的寄生植物，其主要宿主為大豆、番茄、辣椒以及苜蓿等，菟絲子可以成片生長對宿主造成嚴(yán)重危害。這些寄生植物每年在全球造成經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)100億美元-120億美元。

從另外一方面來說寄生植物獨角金、菟絲子、肉蓯蓉和鎖陽是一類在傳統(tǒng)中醫(yī)藥中廣泛使用的藥材，被收錄于《本草綱目》等經(jīng)典中醫(yī)藥文獻(xiàn)中。

獨腳金的寄生過程極為隱蔽且難以防治。其種子在土壤中可以休眠超過20年，一旦感知到寄主植物釋放的獨腳金內(nèi)酯（Strigolactones, SLs），便會迅速萌發(fā)并侵入寄主植物的根部，建立寄生關(guān)系。傳統(tǒng)的防治方法如化學(xué)藥劑、輪作和土壤改良等效果有限，且成本高昂。因此，培育抗獨腳金寄生的作物品種成為解決這一問題的關(guān)鍵。

SbSLT1和SbSLT2基因的發(fā)現(xiàn)與作用機制

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、玉米等作物種質(zhì)創(chuàng)新及分子育種全國重點實驗室主任謝旗研究員、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)于菲菲教授和中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員、崖州灣國家實驗室主任李家洋院士領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊與合作者通過原創(chuàng)性解析缺磷條件下獨腳金易萌發(fā)寄生的生理過程，發(fā)現(xiàn)缺磷促進(jìn)高粱SLs外排的現(xiàn)象，基于原創(chuàng)的基因挖掘技術(shù)結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和相關(guān)分子及細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)，首次鑒定出高粱中兩個關(guān)鍵的SL外排轉(zhuǎn)運蛋白（命名為SbSLT1和SbSLT2）。研究發(fā)現(xiàn)，這兩個基因在高粱與獨腳金的種子萌發(fā)和生長中起著重要作用。敲除這兩個基因后，獨腳金種子的萌發(fā)顯著降低。

SbSLT1和SbSLT2機制的應(yīng)用和前景

在田間實驗中，研究團(tuán)隊在獨腳金高發(fā)地區(qū)進(jìn)行了田間小區(qū)試驗，結(jié)果表明， 敲除SbSLT1和SbSLT2基因的高粱品種對獨腳金的抗性顯著增強，寄生率降低了67%-94%，同時高粱的產(chǎn)量損失減少了49%-52%。這一成果為培育抗獨腳金寄生的高粱品種提供了重要的基因資源和技術(shù)支持。

研究團(tuán)隊進(jìn)一步揭示了SbSLT1和SbSLT2基因的作用機制。敲除SbSLT1和SbSLT2這兩個基因后，SLs的外排受到抑制，導(dǎo)致獨腳金無法正常萌發(fā)和寄生高粱，從而顯著提高了高粱的抗寄生能力。進(jìn)一步通過AI模擬預(yù)測SbSLT1和SbSLT2上形成SL轉(zhuǎn)運通道的關(guān)鍵氨基酸苯丙氨酸位點，發(fā)現(xiàn)該位點在所有重要作物轉(zhuǎn)運通道同源蛋白中都存在，玉米ZmSLT1和ZmSLT2的SL外排功能已被證實，證明SL轉(zhuǎn)運機制可能存在保守性，并為重要作物抗寄生提供了具有廣泛應(yīng)用前景的解決方案。

研究團(tuán)隊表示，該發(fā)現(xiàn)和功能解析為作物抗獨腳金寄生育種提供了新的思路和工具，具有重要的理論和應(yīng)用價值，有望為寄生植物危害較為嚴(yán)重的地區(qū)（如部分亞洲和非洲國家）糧食安全做出重要貢獻(xiàn)。未來，聯(lián)合研究團(tuán)隊將進(jìn)一步驗證相關(guān)基因在其他重要作物中的作用并推動抗獨腳金寄生作物的產(chǎn)業(yè)化。