獨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，我國科學(xué)家首次從高粱中發(fā)現(xiàn)兩個獨腳金內(nèi)酯外排轉(zhuǎn)運蛋白SbSLT1和SbSLT2，敲除這兩個基因后，高粱對獨腳金的抗性顯著提高。
這一研究由中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所科研團隊與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、先正達集團中國以及崖州灣國家實驗室等多家單位合作完成，發(fā)表在2月12日出版的國際學(xué)術(shù)期刊《細胞》上。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。研究團隊進一步通過人工智能預(yù)測和分子及細胞生物學(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。
中國科學(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)新及分子育種全國重點實驗室主任謝旗介紹，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屬的寄生植物對農(nóng)作物會造成嚴重危害——獨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)濟損失高達100到120億美元。
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。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。
研究人員原創(chuàng)性地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（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——SbSLT1和SbSLT2。研究團隊進一步揭示了SbSLT1和SbSLT2基因的作用機制。敲除這兩個基因后，SLs的外排受到抑制，導(dǎo)致獨腳金無法正常萌發(fā)，并寄生高粱，從而顯著提高高粱的抗寄生能力。田間實驗表明，敲除這兩個基因的高粱品種，寄生率降低67%到94%，高粱的產(chǎn)量損失減少49%到52%。
研究團隊進一步通過人工智能模擬預(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，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，為保障糧食安全作出貢獻。”謝旗認為，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。光明日報
