寄生在黃瓜上的菟絲(si) 子
中科院昆明植物研究所研究員郭晗供圖

　　努力增加種子數量，隨著寄主開花的節奏開花，與(yu) 寄主植物間有高頻物質交流……沒有葉子、沒有根的寄生植物菟絲(si) 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(chuan) 學和分子生物學技術，揭示了菟絲(si) 子非比尋常的開花調控機製，這對解析寄生植物的生理、生態和進化史具有重要意義(yi) 。相關(guan) 研究成果於(yu) 北京時間9月1日淩晨發表在美國《國家科學院院刊》。

　　從(cong) 寄主獲得營養(yang) 物質

　　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(men) 常見的寄生植物包括列當、獨腳金、槲寄生和桑寄生植物以及菟絲(si) 子等。

　　“菟絲(si) 子是一種典型的莖寄生植物，所有營養(yang) 和水分都從(cong) 寄主獲取。”吳建強向科技日報記者介紹，菟絲(si) 子屬於(yu) 旋花科菟絲(si) 子屬植物，約200個(ge) 種，是人們(men) 經常食用的紅薯的近親(qin) 。

　　在漫長的進化過程中，菟絲(si) 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(yang) 物質。這種神奇的植物可將自己的莖纏繞在寄主的莖上，並生出牢固的吸器侵入到寄主體(ti) 內(nei) ，與(yu) 寄主的木質部和韌皮部相連，從(cong) 而與(yu) 寄主建立維管束的聯係，獲得水分和生長所需的營養(yang) 物質；同時實現病毒、DNA、RNA以及次生代謝產(chan) 物在寄主與(yu) 菟絲(si) 子間交流。

　　FT蛋白啟動開花程序

　　開花是高等植物繁衍後代、延續物種的重要生理過程。對絕大多數植物來說，在季節性日照長短及溫度變化等情況下，葉片是植物感受這些環境因子從(cong) 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(si) 子是怎麽(me) 實現開花的呢？近期，吳建強團隊從(cong) 分子層麵解析了菟絲(si) 子開花的分子機製。

　　“前期的研究表明，菟絲(si) 子基因組發生了大量的基因丟(diu) 失，包括調控植物開花相關(guan) 的生物鍾途徑、光周期途徑、春化途徑等關(guan) 鍵基因，發現菟絲(si) 子和普通自養(yang) 型植物的開花機製可能不同。”論文第一作者、昆明植物研究所助理研究員申國境介紹，早在20世紀60年代，美國的研究者就發現，廣泛分布的田野菟絲(si) 子在不同條件下，總和寄主保持一致的開花時間。

　　在眾(zhong) 多被子植物的基因組中，FT基因編碼的蛋白（FT蛋白）被稱為(wei) 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(cong) 葉片長距離運輸到頂端分生組織誘導開花。“我們(men) 從(cong) 煙草入手，敲除了煙草基因組的FT基因，發現這些轉基因煙草根本就不能開花，當然也沒有種子；而寄生其上的菟絲(si) 子也不知所措，它不開花，甚至比寄主死得更早。”吳建強說。

　　遺傳(chuan) 學研究揭示寄主的FT基因表達是菟絲(si) 子開花的必須條件。“通過分析南方菟絲(si) 子中的FT基因結構，我們(men) 發現菟絲(si) 子的FT基因發生了較大的變異，而且在菟絲(si) 子不同發育階段都無法檢測到FT基因。”申國境說，他們(men) 把南方菟絲(si) 子的FT基因遺傳(chuan) 轉化到模式植物擬南芥中，發現其不能誘導擬南芥提前開花，表明南方菟絲(si) 子自己的FT基因可能演化成了一個(ge) 沒有功能的假基因。進一步生化分析表明，當轉基因煙草中表達帶有綠色熒光蛋白GFP標簽的擬南芥FT蛋白後，能夠在菟絲(si) 子中檢測到從(cong) 煙草移動到菟絲(si) 子的FT-GFP蛋白。

　　此外，研究人員通過蛋白質組分析，發現大豆寄主的FT蛋白也能夠轉運到菟絲(si) 子中。非常有趣的是，寄主的FT蛋白轉運到菟絲(si) 子中後，還能與(yu) 菟絲(si) 子中FD蛋白結合，形成蛋白複合體(ti) ，從(cong) 而啟動菟絲(si) 子中下遊開花基因的表達，使菟絲(si) 子開花。

　　“竊聽”高手與(yu) 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生。“這就如同兩(liang) 個(ge) 人在說話，它們(men) 互相都能聽懂。而寄主的FT蛋白就是一個(ge) 非常美妙的信號，它可以從(cong) 寄主移動到菟絲(si) 子，從(cong) 而告知菟絲(si) 子‘寄主將要開花’這個(ge) 重要信息。”吳建強說。

　　研究表明，菟絲(si) 子通過“竊聽”寄主植物的FT開花信號，從(cong) 而與(yu) 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(wei) ，使菟絲(si) 子能夠適應非常廣泛的寄主植物。

　　“如果菟絲(si) 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(cong) 已經開花甚至結種的寄主身上獲得足夠營養(yang) ，甚至寄主可能會(hui) 在菟絲(si) 子開花前死亡；而在菟絲(si) 子比寄主開花過早的情況下，其生物量和種子產(chan) 量會(hui) 比與(yu) 寄主同時開花的菟絲(si) 子小很多。”申國境說，此次研究就是重點“破譯”菟絲(si) 子的“竊聽”技術，以及這種技術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對農(nong) 業(ye) 生產(chan) 的影響比菟絲(si) 子要嚴(yan) 重得多。基於(yu) 這項成果，我們(men) 目前已在關(guan) 注它與(yu) 寄主之間有沒有類似的開花信號‘竊聽’現象。”吳建強說，如果搞清楚這個(ge) 問題，對列當等寄生植物的防治或將提供借鑒，對農(nong) 業(ye) 生產(chan) 和植物生物學的研究也將有重要影響。

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