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科研进展

吴建强研究组揭示菟丝子与寄主间抗虫系统性信号交流

文章来源:资源植物与生物技术重点实验室  |  发布时间:2018-03-27  |  作者:庄会富  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  现代研究表明,当植物被昆虫取食胁迫,抗虫相关的系统性信号会从受伤害部位产生,并通过维管束进行传导,诱导整个植株产生系统性的抗虫响应。寄生植物,尤其是全寄生植物,为适应寄生习性,与非寄生植物相比,其形态、生理与生态习性与普通植物相比十分不同,部分生理功能和器官退化,如光合作用,根和叶片的发育等,而与寄主物质交流相关的器官和功能得到了加强,包括特化出了吸器这一器官。有关寄生植物这类特化的植物类群,如何响应昆虫胁迫,以及能否将胁迫信号传递给寄主,使寄主能够感知寄生植物受到的的侵害等问题仍缺乏深入研究,而这类问题对于解析寄生植物的生活习性,以及解析寄生植物与寄主的相互作用关系具有重要意义。 

  中国科学院昆明植物研究所吴建强课题组以南方菟丝子与大豆组成的寄生体系为研究对象,以蚜虫为昆虫胁迫因子,系统地分析了南方菟丝子受到蚜虫侵害之后,寄生植物与寄主在植物激素和转录组水平上的响应。结果显示,蚜虫取食同时诱导了南方菟丝子和寄主大豆植物激素和基因表达的显著变化;后续的生物功能测试结果表明,蚜虫胁迫菟丝子后产生的系统性信号能够移动至寄主,并诱导使寄主大豆抵御昆虫(蚜虫和斜纹夜蛾)胁迫的抗性显著增强。 

  本研究表明,在系统性响应昆虫胁迫方面,维管束融合后的寄生植物与寄主形成了一个完整的功能体系,昆虫取食寄生植物后,会诱导整个寄生体系产生系统性的抗虫响应。这些发现对于丰富人们对寄生植物的认知,了解寄生植物与寄主的物质与信号交流机制提供了新的启示。 

  研究成果以“Aphid Myzus persicae feeding on the parasitic plant Cuscuta australis (dodder) activates defense responses in both the parasite and soybean host”为题在线发表于2018326日的New Phytologist 中国科学院昆明植物研究所博士研究生庄会富为该论文第一作者,吴建强研究员为通讯作者。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 

  实验演示图:蚜虫胁迫菟丝子产生的系统性信号在寄生体系中的传导 

  蚜虫取食南方菟丝子后,首先诱导了植物激素(JASA)的变化,进而诱导转录因子的调控,表现为特定功能基因转录表达的变化,和抗虫相关次生代谢产物的积累。同时,研究组推测,一个高度保守的移动信号(红色箭头),通过菟丝子藤状茎传递给寄主,该信号在寄主维管束系统中广泛传递,诱导了寄主植物激素的显著变化和转录组表达水平的变化,并使寄主产生了抵御昆虫胁迫的抗性,黑色箭头表示信号或者调控通路。 

(责任编辑:李雪)


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