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原創(chuàng) 楊建翔，申國(guó)境 中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所

在自然界中，植物間存在寄生關(guān)系。許多寄生植物作為田間惡性雜草，對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)及生物多樣性構(gòu)成嚴(yán)重威脅，如菟絲子、列當(dāng)?shù)?。菟絲子（Cuscuta）是旋花科菟絲子屬植物，無(wú)根無(wú)葉，必須依賴寄主植物建立高效的寄生關(guān)系，完成生活史。菟絲子可以寄生多種植物包括一些農(nóng)作物，甚至可以寄生林木，對(duì)農(nóng)業(yè)和林業(yè)有較大的危害。由于菟絲子與寄主植物間形成的緊密物理連接及高度相似的生理周期特征，目前沒有行之有效的防御策略。然而，某些植物，如栽培番茄（Solanum lycopersicum），能夠通過在寄生界面處觸發(fā)超敏反應(yīng)（hypersensitive response，HR），從而切斷菟絲子與其之間的組織連接，直接導(dǎo)致菟絲子營(yíng)養(yǎng)供給中斷而死亡。與栽培番茄同屬的野生潘那利番茄（Solanum pennellii）則缺乏這種防御機(jī)制（圖1）。但該防御過程的分子機(jī)制人們知之甚少。

最近，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所吳建強(qiáng)團(tuán)隊(duì)，通過構(gòu)建栽培番茄中激素相關(guān)及潛在調(diào)控抗性基因的遺傳材料，通過遺傳學(xué)、激素分析、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等方法，系統(tǒng)分析了多個(gè)重要信號(hào)途徑在栽培番茄防御南方菟絲子（Cuscuta australis）寄生過程中的功能，并深入解析了激素與抗性基因之間的調(diào)控機(jī)制。該研究發(fā)現(xiàn)，菟絲子的寄生能夠顯著誘導(dǎo)栽培番茄植物莖部激素茉莉酸JA和水楊酸SA水平的上升，而且JA合成途徑突變體aoc和spr8以及SA積累受阻的NahG（過表達(dá)水解SA的羥化酶基因）轉(zhuǎn)基因栽培番茄喪失了對(duì)菟絲子的抗性。通過外源回補(bǔ)激素實(shí)驗(yàn)和相關(guān)突變體的抗菟絲子表型分析，揭示了JA和SA信號(hào)途徑共同調(diào)控栽培番茄對(duì)南方菟絲子的抗性，而JA或者SA途徑單獨(dú)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)南方菟絲子的抗性調(diào)控。此外該研究還首次發(fā)現(xiàn)栽培番茄中JA和SA信號(hào)途徑位于抗性基因CuRe1的上游，調(diào)控該基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。該研究還進(jìn)一步證明了，基因CuRe1與其互作蛋白SOBIR1/1-like是下游誘導(dǎo)超敏和非超敏（non-HR）防御反應(yīng)的重要抗性因子（圖2）。該研究還表明栽培番茄中存在能夠識(shí)別菟絲子寄生的潛在受體。

該研究揭示了栽培番茄防御南方菟絲子寄生的線性防御網(wǎng)絡(luò)，為寄主與寄生植物互作機(jī)制的理論認(rèn)知及開發(fā)菟絲子和其它寄生植物的防治技術(shù)提供了重要理論依據(jù)，也為后續(xù)研究提供了重要目標(biāo)基因。該研究成果以Jasmonic acid and salicylic acid transcriptionally regulate CuRe1 in cultivated tomato to activate resistance to parasitization by dodder Cuscuta australis為題發(fā)表在中國(guó)科學(xué)院一區(qū)TOP期刊Plant Diversity上，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所博士研究生楊建翔和申國(guó)境副研究員為該論文共同第一作者，吳建強(qiáng)研究員為通訊作者。該項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、云南省“興滇英才支持計(jì)劃”云嶺學(xué)者專項(xiàng)和青年人才專項(xiàng)以及中國(guó)科學(xué)院西部之光等項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的支持。

圖1栽培番茄（Solanum lycopersicum）和野生番茄（Solanum pennellii）對(duì)菟絲子寄生的抗性表型

圖2栽培番茄防御菟絲子寄生的調(diào)控模式圖

文：楊建翔，申國(guó)境