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作物如何對(duì)抗寄生植物?我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵基因
人民網(wǎng)北京2月13日電 (記者趙竹青)記者從中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所獲悉,該所科研團(tuán)隊(duì)與多家單位合作,在“作物抗寄生植物研究”方面取得重要突破,有望為寄生植物危害較為嚴(yán)重的地區(qū)糧食安全作出貢獻(xiàn)。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間2025年2月13日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》。
寄生植物對(duì)農(nóng)作物構(gòu)成重大威脅,其侵入作物組織吸取營(yíng)養(yǎng)的方式,類似于人類寄生蟲(chóng)對(duì)健康的影響,嚴(yán)重干擾作物正常生長(zhǎng),影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)平衡。尤其是名為獨(dú)腳金屬(Striga spp.)和列當(dāng)屬(Orobanche spp.)的寄生植物對(duì)農(nóng)作物造成嚴(yán)重危害。其中,獨(dú)腳金屬主要寄生在高粱、玉米、谷子等作物,嚴(yán)重制約著非洲、亞洲和部分熱帶地區(qū)的糧食生產(chǎn)。而列當(dāng)屬是主要影響的蔬菜作物如番茄、馬鈴薯、向日葵等。
獨(dú)腳金的寄生過(guò)程極為隱蔽且難以防治。其種子在土壤中可以休眠超過(guò)20年,一旦感知到寄主植物釋放的獨(dú)腳金內(nèi)酯,便會(huì)迅速萌發(fā)并侵入寄主植物的根部,建立寄生關(guān)系。傳統(tǒng)的防治方法如化學(xué)藥劑、輪作、土壤改良等效果有限,且成本高昂。因此,培育抗獨(dú)腳金寄生的作物品種成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。
我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)首次從高粱中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)獨(dú)腳金內(nèi)酯外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,命名為SbSLT1和SbSLT2,發(fā)現(xiàn)敲除這兩個(gè)蛋白編碼基因后,高粱對(duì)獨(dú)腳金的抗性能顯著提高。這一發(fā)現(xiàn)為培育抗獨(dú)腳金寄生的高粱品種提供了重要的理論依據(jù)和基因資源。研究團(tuán)隊(duì)在獨(dú)腳金高發(fā)地區(qū)進(jìn)行了田間試驗(yàn),結(jié)果表明,敲除SbSLT1和SbSLT2基因的高粱品種對(duì)獨(dú)腳金的抗性顯著增強(qiáng),寄生率降低了67%~94%,同時(shí)高粱的產(chǎn)量損失減少了49%~52%。這一成果為培育抗獨(dú)腳金寄生的高粱品種提供了重要的基因資源和技術(shù)支持。在此基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過(guò)AI預(yù)測(cè)和分子及細(xì)胞生物學(xué)等方法揭示了SbSLT1和SbSLT2基因的作用機(jī)制并發(fā)現(xiàn)相關(guān)知識(shí)能夠用于所有重要作物的抗寄生的育種設(shè)計(jì)中。
據(jù)了解,這項(xiàng)研究為作物抗獨(dú)腳金寄生育種提供了新的思路和工具,具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。未來(lái),聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步驗(yàn)證相關(guān)基因在其他重要作物中的作用并推動(dòng)抗獨(dú)腳金寄生作物的產(chǎn)業(yè)化。
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