我科研团队发现能抵御寄生植物的关键基因
时间：2025-02-14 09:40:29 作者：齐芳 来源：光明日报
独脚金是寄生在高粱上的一种植物，能导致高粱减产甚至死亡。近日，我国科学家首次从高粱中发现两个独脚金内酯外排转运蛋白SbSLT1和SbSLT2，敲除这两个基因后，高粱对独脚金的抗性显著提高。
这一研究由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完成，发表在2月12日出版的国际学术期刊《细胞》上。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。研究团队进一步通过人工智能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。
中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员、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介绍，寄生植物对农业生产和生态系统有着重要的影响，尤其是独脚金属和列当属的寄生植物对农作物会造成严重危害——独脚金属主要寄生高粱、玉米、谷子等单子叶作物，是世界七大农作物危害之一；列当属主要影响重要的蔬菜作物（如番茄、马铃薯）和油料作物（如向日葵）等。这些寄生植物每年在全球造成的经济损失高达100到120亿美元。
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，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。
研究人员原创性地解析缺磷条件下独脚金易萌发寄生的生理过程，发现缺磷促进高粱独脚金内酯（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——SbSLT1和SbSLT2。研究团队进一步揭示了SbSLT1和SbSLT2基因的作用机制。敲除这两个基因后，SLs的外排受到抑制，导致独脚金无法正常萌发，并寄生高粱，从而显著提高高粱的抗寄生能力。田间实验表明，敲除这两个基因的高粱品种，寄生率降低67%到94%，高粱的产量损失减少49%到52%。
研究团队进一步通过人工智能模拟预测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，这为重要作物抗寄生提供了具有广泛应用前景的解决方案。
“我们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，为保障粮食安全作出贡献。”谢旗认为，这一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。
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