努力增加種子數(shù)量，隨著寄主開花的節(jié)奏開花，與寄主植物間有高頻物質(zhì)交流……沒有葉子、沒有根的寄生植物菟絲子，卻有著強大的生命力。

　　近期，中科院昆明植物研究所（以下簡稱昆明植物所）吳建強研究團隊利用遺傳學(xué)和分子生物學(xué)技術(shù)，揭示了菟絲子非比尋常的開花調(diào)控機制，這對解析寄生植物的生理、生態(tài)和進(jìn)化史具有重要意義。相關(guān)研究成果于北京時間9月1日凌晨發(fā)表在美國《國家科學(xué)院院刊》。

　　從寄主獲得營養(yǎng)物質(zhì)

　　在自然界中，寄生植物約有4000至5000種，約占被子植物的1%。人們常見的寄生植物包括列當(dāng)、獨腳金、槲寄生和桑寄生植物以及菟絲子等。

　　“菟絲子是一種典型的莖寄生植物，所有營養(yǎng)和水分都從寄主獲取?！眳墙◤娤蚩萍既請笥浾呓榻B，菟絲子屬于旋花科菟絲子屬植物，約200個種，是人們經(jīng)常食用的紅薯的近親。

　　在漫長的進(jìn)化過程中，菟絲子的根和葉片完全退化，光合作用能力非常微弱甚至完全失去，所以它要依賴寄主獲得營養(yǎng)物質(zhì)。這種神奇的植物可將自己的莖纏繞在寄主的莖上，并生出牢固的吸器侵入到寄主體內(nèi)，與寄主的木質(zhì)部和韌皮部相連，從而與寄主建立維管束的聯(lián)系，獲得水分和生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)；同時實現(xiàn)病毒、DNA、RNA以及次生代謝產(chǎn)物在寄主與菟絲子間交流。

　　FT蛋白啟動開花程序

　　開花是高等植物繁衍后代、延續(xù)物種的重要生理過程。對絕大多數(shù)植物來說，在季節(jié)性日照長短及溫度變化等情況下，葉片是植物感受這些環(huán)境因子從而啟動開花程序的重要器官，但沒有葉片，甚至沒有光合作用的菟絲子是怎么實現(xiàn)開花的呢？近期，吳建強團隊從分子層面解析了菟絲子開花的分子機制。

　　“前期的研究表明，菟絲子基因組發(fā)生了大量的基因丟失，包括調(diào)控植物開花相關(guān)的生物鐘途徑、光周期途徑、春化途徑等關(guān)鍵基因，發(fā)現(xiàn)菟絲子和普通自養(yǎng)型植物的開花機制可能不同?！闭撐牡谝蛔髡摺⒗ッ髦参镅芯克硌芯繂T申國境介紹，早在20世紀(jì)60年代，美國的研究者就發(fā)現(xiàn)，廣泛分布的田野菟絲子在不同條件下，總和寄主保持一致的開花時間。

　　在眾多被子植物的基因組中，F(xiàn)T基因編碼的蛋白（FT蛋白）被稱為成花素，在植物開花中起重要作用。在合適的條件下，植物葉片合成FT蛋白，而且FT蛋白能夠從葉片長距離運輸?shù)巾敹朔稚M織誘導(dǎo)開花。“我們從煙草入手，敲除了煙草基因組的FT基因，發(fā)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)基因煙草根本就不能開花，當(dāng)然也沒有種子；而寄生其上的菟絲子也不知所措，它不開花，甚至比寄主死得更早?！眳墙◤娬f。

　　遺傳學(xué)研究揭示寄主的FT基因表達(dá)是菟絲子開花的必須條件。“通過分析南方菟絲子中的FT基因結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)菟絲子的FT基因發(fā)生了較大的變異，而且在菟絲子不同發(fā)育階段都無法檢測到FT基因?！鄙陣痴f，他們把南方菟絲子的FT基因遺傳轉(zhuǎn)化到模式植物擬南芥中，發(fā)現(xiàn)其不能誘導(dǎo)擬南芥提前開花，表明南方菟絲子自己的FT基因可能演化成了一個沒有功能的假基因。進(jìn)一步生化分析表明，當(dāng)轉(zhuǎn)基因煙草中表達(dá)帶有綠色熒光蛋白GFP標(biāo)簽的擬南芥FT蛋白后，能夠在菟絲子中檢測到從煙草移動到菟絲子的FT-GFP蛋白。

　　此外，研究人員通過蛋白質(zhì)組分析，發(fā)現(xiàn)大豆寄主的FT蛋白也能夠轉(zhuǎn)運到菟絲子中。非常有趣的是，寄主的FT蛋白轉(zhuǎn)運到菟絲子中后，還能與菟絲子中FD蛋白結(jié)合，形成蛋白復(fù)合體，從而啟動菟絲子中下游開花基因的表達(dá)，使菟絲子開花。

　　“竊聽”高手與寄主同步開花

　　寄生植物和寄主間的對話和信號交流無時無刻不在發(fā)生?！斑@就如同兩個人在說話，它們互相都能聽懂。而寄主的FT蛋白就是一個非常美妙的信號，它可以從寄主移動到菟絲子，從而告知菟絲子‘寄主將要開花’這個重要信息?！眳墙◤娬f。

　　研究表明，菟絲子通過“竊聽”寄主植物的FT開花信號，從而與不同寄主的開花時間保持一致。正是這種“隨遇而安”的開花行為，使菟絲子能夠適應(yīng)非常廣泛的寄主植物。

　　“如果菟絲子有固定的開花時間，但在它比寄主開花過晚的情況下，很難從已經(jīng)開花甚至結(jié)種的寄主身上獲得足夠營養(yǎng)，甚至寄主可能會在菟絲子開花前死亡；而在菟絲子比寄主開花過早的情況下，其生物量和種子產(chǎn)量會比與寄主同時開花的菟絲子小很多?！鄙陣痴f，此次研究就是重點“破譯”菟絲子的“竊聽”技術(shù)，以及這種技術(shù)給它的生存繁衍帶來哪些作用。

　　“要知道，同是寄生植物的列當(dāng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響比菟絲子要嚴(yán)重得多。基于這項成果，我們目前已在關(guān)注它與寄主之間有沒有類似的開花信號‘竊聽’現(xiàn)象?！眳墙◤娬f，如果搞清楚這個問題，對列當(dāng)?shù)燃纳参锏姆乐位驅(qū)⑻峁┙梃b，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和植物生物學(xué)的研究也將有重要影響。

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