昆明植物所在植物抵御菟丝子寄生分子机制研究方面取得新进展

　　 　

在自然界中，植物间存在寄生关系。许多寄生植物作为田间恶性杂草，对农作物生产及生物多样性构成严重威胁，如菟丝子、列当等。菟丝子（Cuscuta）是旋花科菟丝子属植物，无根无叶，必须依赖寄主植物建立高效的寄生关系，完成生活史。菟丝子可以寄生多种植物包括一些农作物，甚至可以寄生林木，对农业和林业有较大的危害。由于菟丝子与寄主植物间形成的紧密物理连接及高度相似的生理周期特征，目前没有行之有效的防御策略。然而，某些植物，如栽培番茄（Solanum lycopersicum），能够通过在寄生界面处触发超敏反应（hypersensitive response，HR），从而切断菟丝子与其之间的组织连接，直接导致菟丝子营养供给中断而死亡。与栽培番茄同属的野生潘那利番茄（Solanum pennellii）则缺乏这种防御机制（图1）。但该防御过程的分子机制人们知之甚少。

最近，中国科学院昆明植物研究所吴建强团队，通过构建栽培番茄中激素相关及潜在调控抗性基因的遗传材料，通过遗传学、激素分析、转录组学等方法，系统分析了多个重要信号途径在栽培番茄防御南方菟丝子（Cuscuta australis）寄生过程中的功能，并深入解析了激素与抗性基因之间的调控机制。该研究发现，菟丝子的寄生能够显著诱导栽培番茄植物茎部激素茉莉酸JA和水杨酸SA水平的上升，而且JA合成途径突变体aoc和spr8以及SA积累受阻的NahG（过表达水解SA的羟化酶基因）转基因栽培番茄丧失了对菟丝子的抗性。通过外源回补激素实验和相关突变体的抗菟丝子表型分析，揭示了JA和SA信号途径共同调控栽培番茄对南方菟丝子的抗性，而JA或者SA途径单独不能实现对南方菟丝子的抗性调控。此外该研究还首次发现栽培番茄中JA和SA信号途径位于抗性基因CuRe1的上游，调控该基因的转录表达。该研究还进一步证明了，基因CuRe1与其互作蛋白SOBIR1/1-like是下游诱导超敏和非超敏（non-HR）防御反应的重要抗性因子（图2）。该研究还表明栽培番茄中存在能够识别菟丝子寄生的潜在受体。

该研究揭示了栽培番茄防御南方菟丝子寄生的线性防御网络，为寄主与寄生植物互作机制的理论认知及开发菟丝子和其它寄生植物的防治技术提供了重要理论依据，也为后续研究提供了重要目标基因。该研究成果以Jasmonic acid and salicylic acid transcriptionally regulate?CuRe1?in cultivated tomato to activate resistance to parasitization by dodder?Cuscuta australis为题发表在中国科学院一区TOP期刊Plant Diversity上，中国科学院昆明植物研究所博士研究生杨建翔和申国境副研究员为该论文共同第一作者，吴建强研究员为通讯作者。该项目得到国家自然科学基金项目、云南省应用基础研究计划重点项目、云南省“兴滇英才支持计划”云岭学者专项和青年人才专项以及中国科学院西部之光等项目经费的支持。

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图1?栽培番茄（Solanum lycopersicum）和野生番茄（Solanum pennellii）对菟丝子寄生的抗性表型

图2?栽培番茄防御菟丝子寄生的调控模式图