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研究人员针对独脚金（Striga hermonthica）感知宿主信号机制展开研究，发现其根尖木质素沉积促进吸器前体形成，揭示寄生植物寄生机制。
探秘寄生植物的 “掠夺” 奥秘：独脚金的寄生机制研究
在植物的世界里，有一种神秘而特殊的存在 —— 寄生植物。它们如同植物界的 “寄生虫”，依靠寄生在其他植物上获取营养，其中独脚金（Striga hermonthica）就是典型代表。独脚金是一种专性寄生植物，会严重危害农作物，像水稻、玉米、高粱等，给农业生产带来巨大损失。它能识别宿主，感知宿主释放的吸器诱导因子（haustorium-inducing factors，HIFs）后，迅速将胚根转变为吸器前体，进而入侵宿主组织。但长期以来，人们对其感知和响应宿主信号的具体机制知之甚少，这就好比在黑暗中摸索，找不到解开谜题的关键线索。这个机制不仅关系到我们对植物寄生现象的深入理解，更对农业防治独脚金危害至关重要，所以，探索独脚金的寄生机制迫在眉睫。
为了揭开这个谜团，中国科学院昆明植物研究所、云南野生植物资源重点实验室等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Plant Communications》杂志上，为我们理解独脚金的寄生行为带来了曙光。
研究人员在实验过程中采用了多种技术方法。实时荧光定量 PCR（RT-qPCR）技术，通过检测相关基因的表达量变化，来分析独脚金在不同处理条件下基因表达的差异，就像是给基因的 “活动” 进行实时监控；利用荧光标记的单木质醇探针，观察其在独脚金体内的定位和积累情况，让研究人员能够直观看到这些关键物质在植物体内的 “行踪”；进行木质素染色和含量测定，准确判断木质素在独脚金组织中的分布和含量变化，为研究木质素在寄生过程中的作用提供了有力证据。
下面来看看具体的研究结果：
- 外部单木质醇整合到独脚金根尖：研究人员推测外部单木质醇会整合到寄生植物细胞壁木质素中。他们用合成的单木质醇探针（H-DMAC、G-DMAC、S-DMAC）处理独脚金幼苗，发现 G-DMAC 和 S-DMAC 能诱导产生吸器前体，且其荧光信号在吸器前体和上部根区域积累，而 H-DMAC 在额外添加 DMBQ 诱导吸器前体形成时才会在吸器前体上定位。这表明独脚金在吸器前体形成过程中会结合外部单木质醇，且这种结合与吸器前体的形成密切相关。
- 独脚金根尖木质化促进吸器前体形成：研究发现，用醌类 HIFs（如 DMBQ 和 MBQ）处理独脚金幼苗后，其木质素含量增加，且木质素沉积在吸器前体表皮。使用木质素生物合成抑制剂哌啶酸（PA）处理，会显著减少吸器前体的形成，说明内源性木质素合成对吸器前体形成有重要作用，即独脚金感知 HIFs 后会触发根尖木质化，促进吸器前体形成。
- 宿主感染过程中木质素沉积的动态变化：研究人员观察到，表面木质化的吸器前体在接触宿主水稻根时，会发生变形并侵入宿主根，且吸器前体顶端的 S-DMAC 荧光信号会减弱。EdU 染色显示，在宿主感染过程中，吸器前体顶端细胞增殖，这表明顶端细胞增殖稀释了原有的细胞壁木质素，反映出吸器前体细胞的灵活性以及细胞壁木质化在寄生过程中的动态调控。
- HIFs 诱导相关基因表达：通过 RT-qPCR 分析，研究人员发现 DMBQ 处理后，独脚金中 16 个与单木质醇生物合成相关的基因显著上调，同时 RBOH 基因和部分 Class III 过氧化物酶基因表达增加，H2O2在吸器前体表皮积累。这说明 HIFs 能转录激活与木质素产生相关的基因，促进木质素的合成和聚合。
- 过氧化物酶和 H2O2在吸器前体形成中的作用：利用化学抑制剂实验表明，过氧化物酶在介导单木质醇整合到细胞壁中起重要作用，且过氧化物酶驱动的木质化和活性氧（ROS）积累可能是 HIFs 下游介导吸器前体形成的两个平行机制。此外，过表达部分 Class III 过氧化物酶（如 ShPER52 和 ShPER2）能增加吸器前体的数量，进一步证明了其在吸器前体形成中的促进作用。
研究结论表明，木质素在独脚金寄生过程中起着关键作用。它既作为信号诱导吸器前体形成，又作为细胞壁的组成部分，为吸器前体的形成和后续宿主入侵提供支持。HIFs 激活相关基因，驱动根尖木质化，Class III 过氧化物酶在其中发挥了重要的介导作用。这项研究揭示了独脚金寄生过程中木质素沉积和吸器前体形成的机制，为深入理解寄生植物与宿主之间的相互作用提供了重要依据，也为开发针对独脚金等寄生植物的防治策略提供了新的思路和潜在靶点，在农业生产中具有重要的应用价值。不过，目前仍有一些问题有待进一步研究，比如单木质醇的精确感知机制，以及宿主感染过程中木质素聚合和降解的时空动态变化等，这些问题的深入探索将为我们全面了解独脚金的寄生行为带来更多可能。
