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「青蓮客戶文章」菟絲子:我沒有葉子,但是我會“竊聽”。

2020-10-23 00:00:00
「青蓮客戶文章」菟絲子:我沒有葉子,但是我會“竊聽”。
詳細介紹:

菟絲子是旋花科菟絲子屬植物,是一種莖寄生植物,全球共有約200個種。菟絲子在進化的過程中,根和葉片已經完全退化,光合作用能力非常微弱甚至完全失去,只能通過吸器從寄主中獲得營養物質。對于大多數植物而言,是通過葉片來感知環境因子(如溫度、日照長短等)的變化,來選擇開花時機的,寄生植物菟絲子顯然不在此列。先前有研究發現,田野菟絲子(Cuscuta campestris)在不同條件下,總和寄主保持一致的開花時間。那么,菟絲子是如何保持和宿主同步的開花時間的呢?


近日,中國科學院昆明植物研究所吳建強研究團隊在PNAS上發表題為“Cuscuta australis (dodder) parasite eavesdrops on the host plants’ FT signals to flower”(IF=9.412)的研究論文。該研究從分子層面解析了菟絲子開花的分子機制,解開了菟絲子與寄主保持同步開花的秘密。

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該研究通過改變寄主,證實南方菟絲子(Cuscuta australis)開花時間與寄主保持高度一致,進一步的遺傳學方法表明,寄主的開花素(FT)基因表達是菟絲子開花的必要條件。FT基因編碼的蛋白被稱為是植物開花的成花素,在植物開花中起到非常重要的作用:在合適的條件下,植物葉片合成FT信號蛋白,而且FT能夠從葉片長距離運輸到頂端分生組織誘導開花。


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圖1 南方菟絲子(C. australis)在不同寄主植物上的開花表型。


該研究首先通過分析南方菟絲子中FT的基因結構,發現南方菟絲子FT基因失活,無法表達;進一步地,將南方菟絲子的FT遺傳轉化到擬南芥中,并不能誘導擬南芥提前開花,表明南方菟絲子的FT基因可能演化成了一個假基因。其次,生化分析表明,當轉基因煙草中表達帶有GFP標簽的擬南芥FT蛋白(AtFT-GFP)后,能夠在菟絲子中檢測到從煙草移動到菟絲子的AtFT-GFP蛋白;此外,研究者們通過蛋白質組分析,發現大豆寄主的FT蛋白也能夠轉運到菟絲子中。有趣的是,寄主的FT蛋白轉運到菟絲子中后,還能與菟絲子中FD蛋白結合,形成蛋白復合體,從而啟動菟絲子中下游開花基因的表達,完成自己的生活史。

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圖2 寄主植物的FT蛋白能夠轉運到南方菟絲子(C.australis)中。


總結

綜上所述,寄生植物菟絲子通過“竊聽”寄主植物的FT開花信號,從而能夠與不同寄主的開花時間保持一致。該研究從分子水平揭示了菟絲子與寄主保持同步開花的分子機理,為了解包括菟絲子在內的寄生植物的生理、生態和進化具有重要意義。





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