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科研进展

吴建强研究组PNAS文章揭示寄生植物菟丝子在不同寄主间传递系统性信号

文章来源:资源植物与生物技术重点实验室  |  发布时间:2017-07-26  |  作者:张井雄  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  寄生是一种比较常见的互作关系。在被子植物中,寄生植物有3000多种,占到大约1%。寄生植物通过一个特殊的器官吸器,从寄主获取营养、水分等生长所需物质,寄主生长和繁殖也因此受到严重影响。由于其特殊的生理、生态和进化,寄生植物近年来得到了越来越多的关注和研究。 

  菟丝子是旋花科的茎全寄生植物,其大多数种类的叶片和根在进化过程中已经完全退化消失,只有少数种类还残存微弱的光合能力。近来有研究表明,除了水分和营养,很多物质都能够在菟丝子和寄主之间运输,包括蛋白质、mRNA以及次生代谢物等。然而,菟丝子与寄主间的相互作用研究还非常缺乏。 

  自然界中,菟丝子常常能够同时寄生在多个邻近的寄主上,从而将不同的寄主连接起来。中国科学院昆明植物研究所吴建强课题组与马普化学生态学研究所Ian T. Baldwin教授合作,创新性地提出了“菟丝子及其连接的不同寄主形成微群落”这一崭新概念,并且发现在这种微群落中,菟丝子能在不同寄主植物间传递有生态学效应的抗虫系统性信号。研究人员利用菟丝子将不同寄主植物进行了连接,当对其中一株寄主植物做昆虫取食处理后发现,被取食叶片产生了某种系统性抗虫信号,这些信号能够被运输到被处理植物的其它部分并诱导抗虫响应;更重要的是,系统性信号能够通过菟丝子传递到微群落中的其它寄主植物,从而诱导转录组和代谢物响应并提高其抗虫性。该系统性抗虫信号在不同物种间非常保守,甚至可以在不同科的寄主植物间传递并诱导抗虫性,而且茉莉酸(jasmonic acid)在此系统性信号的产生或传递过程中扮演着重要的角色。他们的研究还指出,菟丝子传导的抗虫系统性信号产生和传播速度非常快(大约1 cm/分钟),而且还可以远距离传递(超过100 cm)。 

  尽管寄生植物一向被视为为对寄主“有害无益”,该研究表明,菟丝子在某些条件下可以帮助不同寄主之间建立起抗虫防御的“联盟”。这是首次从分子水平揭示了菟丝子连接的植物微群落中,菟丝子和寄主、寄主与寄主间复杂的相互作用关系,此研究对了解抗虫系统性信号也有较重要的意义,也对农业上治理寄生植物危害提供了新的启示 

  Christian Hettenhausen博士后(德国籍)和李娟博士为该论文的共同第一作者,吴建强研究员为该文章的通讯作者。研究成果以“The stem parasitic plant Cuscuta australis (dodder) transfers herbivory-induced signals among plants”为题作为封面文章在线发表于2017725日的在美国科学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences USA; PNAS)上 

    该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(B类)、自然科学基金、马普伙伴小组国际合作等经费的支持。

    文章链接

  1. 两个大豆寄主植物之间能够通过菟丝子传递抗虫系统性信号 

  A. 斜纹夜蛾取食L叶片后诱导的S1(被取食大豆的系统性叶片)和S2(菟丝子连接的未被取食的大豆叶片)转录组中受到调控的基因的维恩分析图。B. S2叶片中抗虫物质TPI的活性变化。C. 处理组和对照组中S2叶片的抗虫性分析。 

  2. 茉莉酸是菟丝子传导的抗虫系统性信号的重要调控因子 

  将拟南芥野生型(Col-0)或者茉莉酸合成缺陷突变体dde2-2和栽培烟草通过菟丝子进行连接后,发现茉莉酸是重要的抗虫系统性信号的重要调控因子。 

(责任编辑:李雪)


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