??獨腳金作為一種寄生在高粱上的植物，會使高粱減產(chǎn)，嚴重時甚至導(dǎo)致高粱死亡。近期，我國科學(xué)家有了重大發(fā)現(xiàn)，首次從高粱中找到了兩個獨腳金內(nèi)酯外排轉(zhuǎn)運蛋白，分別是SbSLT1和SbSLT2。當敲除這兩個基因后，高粱對獨腳金的抗性得到了顯著提升。
??此項研究是由中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所科研團隊聯(lián)合中國農(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共同完成的。相關(guān)研究成果于2月12日發(fā)表在了國際學(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關(guān)鍵的理論依據(jù)和基因資源。研究團隊還借助人工智能預(yù)測以及分子和細胞生物學(xué)等方法，發(fā)現(xiàn)了作物該類外排轉(zhuǎn)運蛋白的保守關(guān)鍵氨基酸位點，并且其具有廣泛的抗寄生應(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說，寄生植物對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)影響重大，特別是獨腳金屬和列當屬的寄生植物，會給農(nóng)作物帶來嚴重危害。獨腳金屬主要寄生在高粱、玉米、谷子等單子葉作物上，是世界七大農(nóng)作物危害之一；列當屬則主要影響番茄、馬鈴薯等重要蔬菜作物以及向日葵等油料作物。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。
??獨腳金的寄生過程十分隱蔽，且防治難度較大。它的種子在土壤中能夠休眠超過20年，一旦感知到寄主植物釋放的獨腳金內(nèi)酯，就會迅速萌發(fā)并侵入寄主植物的根部，從而建立寄生關(guān)系。傳統(tǒng)的防治方法，像化學(xué)藥劑、輪作和土壤改良等，不僅效果有限，而且成本高昂。所以，培育抗獨腳金寄生的作物品種成為解決這一問題的關(guān)鍵所在。
??研究人員創(chuàng)新性地解析了缺磷條件下獨腳金易萌發(fā)寄生的生理過程，發(fā)現(xiàn)缺磷會促進高粱獨腳金內(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)分析以及相關(guān)分子和細胞生物學(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。研究團隊還進一步揭示了SbSLT1和SbSLT2基因的作用機制。當敲除這兩個基因后，SLs的外排受到抑制，使得獨腳金無法正常萌發(fā)和寄生高粱，進而顯著提高了高粱的抗寄生能力。田間實驗顯示，敲除這兩個基因的高粱品種，寄生率降低了67%到94%，高粱的產(chǎn)量損失減少了49%到52%。
??研究團隊通過人工智能模擬預(yù)測出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，并且玉米ZmSLT1和ZmSLT2的SL外排功能已得到證實。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。
??謝旗表示：“我們接下來會進一步驗證相關(guān)基因在其他重要作物中的作用，并且推動抗獨腳金寄生作物的產(chǎn)業(yè)化，為保障糧食安全貢獻力量。”他認為，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全新的思路和工具，具有重要的理論和應(yīng)用價值。
