中國科學院昆明植物研究所崔松巋團隊近期在 Plant Communications 發(fā)表研究，揭示了寄生植物獨腳金（Striga hermonthica）如何通過木質素（lignin）調控吸器（寄生植物特有的侵染性器官）形成，從而成功完成寄主侵染。研究發(fā)現，獨腳金能夠感知寄主釋放的木質素單體，并迅速在根尖沉積木質素，增強吸器的誘導能力，為農業(yè)寄生植物防控提供了新的靶點。

獨腳金是危害農作物的重要寄生植物，其幼苗通過吸器吸取寄主的水和養(yǎng)分。吸器的誘導依賴于外界吸器誘導因子（Haustorium Inducing Factors: HIFs），而寄生植物早期如何感應并傳遞這些寄主信號目前還不清楚。前期研究已表明，植物合成木質素過程中產生的木質素單體及其前體發(fā)揮HIF作用，可誘導獨腳金產生頂端原吸器－一種由根尖分生組織轉化成為的早期吸器結構。為深入了解HIF的信號傳遞分子途徑，作者選用了木質素單體熒光探針，并通過處理獨腳金進行了組織定位追蹤，結果發(fā)現苯環(huán)上含4位羥基（4-OH）和鄰近甲氧基（3/5-OCH3）的木質素單體不僅能誘導吸器形成，還在根尖表皮細胞快速沉積，并通過III型過氧化物酶（ShPERs）促進木質化過程?；谇捌诖罅康霓D錄組研究，該研究提出該信號傳導機制可能在列當科寄生植物中保守存在。

木質素是植物細胞壁的主要成分之一，通常積累于成熟組織并賦予植物剛性和抗脅迫能力。除特定脅迫條件之外，這種根尖分生組織迅速木質化的現象極為罕見。該研究推測，木質素的快速積累增強了細胞壁硬度，同時還影響了細胞物理環(huán)境變化，這些有利于根尖分生組織迅速把其命運轉化為吸器細胞。這一發(fā)現揭示了木質素在吸器發(fā)育中的雙重功能，即作為直接的誘導信號，同時還以細胞結構成分，支持吸器誘導過程，為理解寄生植物侵染策略提供了新視角。未來研究將進一步探討寄生植物中木質素單體等酚類信號的識別機制，并解析寄主侵染過程中木質素的聚合與降解動態(tài)。這將有助于深入理解寄生植物如何通過細胞壁重塑優(yōu)化寄生過程，從而為農業(yè)害草防控提供新的思路。

圖1 外源吸器誘導因子(HIF)在根尖誘導木質素合成和積累，促進獨腳金形成吸器

該研究由中國科學院昆明植物研究所植物與植物互作分子調控機制專題組崔松巋研究員（第一作者、共同通訊作者）與日本奈良先端科學技術大學院大學植物共生學研究室吉田聡子教授（Satoko Yoshida，共同通訊作者）合作完成。日本京都大學森林代謝功能化學實驗室飛松?；淌冢╕oki Tobimatsu），奈良先端科學技術大學院大學若竹崇雅助教（Wakatake Takanori），山形大學基因組功能生物化學實驗室Yuri Takeda-Kimura，研究組研究助理羅俊為參與作者。該研究得到國家自然科學基金、云南省“興滇英才支持計劃”、云南省基礎研究、日本科學研究助成事業(yè)科研費（KAKENHI）等項目支持。

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文：崔松巋