科學(xué)家揭示：敲除這兩個(gè)基因，作物將更好抵御寄生植物

獨(dú)腳金是寄生在高粱上的一種植物，能導(dǎo)致高粱減產(chǎn)甚至死亡。近日，我國(guó)科學(xué)家首次從高粱中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)腳金內(nèi)酯外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SbSLT1和SbSLT2，敲除這兩個(gè)基因后，高粱對(duì)獨(dú)腳金的抗性顯著提高。

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這一研究由中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所科研團(tuán)隊(duì)與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、先正達(dá)集團(tuán)中國(guó)以及崖州灣國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等多家單位合作完成，發(fā)表在2月12日出版的國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上。這一發(fā)現(xiàn)為培育抗獨(dú)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。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過(guò)人工智能預(yù)測(cè)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(yùn)蛋白的保守關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)及其廣泛的抗寄生應(yīng)用前景。

中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員、玉米等作物種質(zhì)創(chuàng)新及分子育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任謝旗介紹，寄生植物對(duì)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(dú)腳金屬和列當(dāng)屬的寄生植物對(duì)農(nóng)作物會(huì)造成嚴(yán)重危害——獨(dú)腳金屬主要寄生高粱、玉米、谷子等單子葉作物，是世界七大農(nóng)作物危害之一；列當(dāng)屬主要影響重要的蔬菜作物（如番茄、馬鈴薯）和油料作物（如向日葵）等。這些寄生植物每年在全球造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)100到120億美元。

獨(dú)腳金的寄生過(guò)程極為隱蔽且難以防治。其種子在土壤中可以休眠超過(guò)20年，一旦感知到寄主植物釋放的獨(dú)腳金內(nèi)酯，便會(huì)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(dú)腳金寄生的作物品種成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。

研究人員原創(chuàng)性地解析缺磷條件下獨(dú)腳金易萌發(fā)寄生的生理過(guò)程，發(fā)現(xiàn)缺磷促進(jìn)高粱獨(dú)腳金內(nèi)酯（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(gè)關(guān)鍵的SL外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白——SbSLT1和SbSLT2。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步揭示了SbSLT1和SbSLT2基因的作用機(jī)制。敲除這兩個(gè)基因后，SLs的外排受到抑制，導(dǎo)致獨(dú)腳金無(wú)法正常萌發(fā)，并寄生高粱，從而顯著提高高粱的抗寄生能力。田間實(shí)驗(yàn)表明，敲除這兩個(gè)基因的高粱品種，寄生率降低67%到94%，高粱的產(chǎn)量損失減少49%到52%。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過(guò)人工智能模擬預(yù)測(cè)SbSLT1和SbSLT2上形成SL轉(zhuǎn)運(yùn)通道的關(guān)鍵氨基酸——苯丙氨酸位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)在所有重要作物轉(zhuǎn)運(yùn)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(shí)，這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。

“我們將進(jìn)一步驗(yàn)證相關(guān)基因在其他重要作物中的作用，并推動(dòng)抗獨(dú)腳金寄生作物的產(chǎn)業(yè)化，為保障糧食安全作出貢獻(xiàn)?！敝x旗認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)和功能解析為作物抗獨(dú)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(jià)值。

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來(lái)源丨光明日?qǐng)?bào)

審核丨王夢(mèng)如

責(zé)編丨徐來(lái) 林林