高粱抗寄生的關(guān)鍵基因發(fā)現(xiàn)
就像寄生蟲危害人體一樣，寄生植物也會讓作物遭殃，破壞糧食生產(chǎn)。據(jù)《細胞》雜志12日報道，中國科學(xué)家在高粱中發(fā)現(xiàn)兩個關(guān)鍵基因，它們可像“開關(guān)”一樣控制高粱的抗寄生能力。“關(guān)閉”這兩個基因后，高粱抵抗寄生植物——獨腳金的能力顯著增強。這個發(fā)現(xiàn)為培育抗獨腳金寄生的高粱品種提供了重要理論依據(jù)和基因資源。
寄生植物對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)有著重要影響。它們通過特殊的結(jié)構(gòu)(如吸器)侵入寄主植物組織，從中吸取所需營養(yǎng)物質(zhì)，影響作物正常生長。獨腳金就是一種寄生植物，主要寄生于高粱、玉米、谷子等單子葉作物，嚴重制約非洲、亞洲和部分熱帶地區(qū)糧食生產(chǎn)。
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，便會迅速萌發(fā)并侵入寄主植物的根部，建立寄生關(guān)系?；瘜W(xué)藥劑、輪作和土壤改良等傳統(tǒng)方法防治效果有限，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。
在這項研究中，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位的科研人員，通過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)缺磷促進高粱獨腳金內(nèi)酯外排的現(xiàn)象，并利用原創(chuàng)的基因挖掘技術(shù)以及大數(shù)據(jù)分析、相關(guān)分子及細胞生物學(xué)技術(shù)，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。
“我們發(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)率顯著降低。”論文通訊作者、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員謝旗說，“我們還在獨腳金高發(fā)地區(qū)進行了田間小區(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重地區(qū)的糧食安全作出重要貢獻。未來，聯(lián)合研究團隊將進一步驗證相關(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。
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