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原創(chuàng) 崔松巋 中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所

在自然界，植物間存在多種方式的相互作用，包括了互利和寄生。列當(dāng)科（Orobanchaceae）寄生植物，如松蒿Phtheirospermum japonicum，依賴寄主根部分泌的吸器誘導(dǎo)因子（HIFs），如醌類DMBQ和酚類阿魏酸（Ferulic acid），丁香酸（Syringic acid）觸發(fā)吸器形成，實(shí)現(xiàn)侵染寄主植物竊取養(yǎng)分。然而，這些寄生植物絕大多數(shù)情況下只寄生正常的自養(yǎng)植物，而極少“自相殘殺”或寄生其它物種寄生植物，這種“親緣回避”（kin avoidance）現(xiàn)象長(zhǎng)期成謎：這些寄生植物如何精準(zhǔn)區(qū)分“自己”與“異己”？

今日，日本奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（NAIST）與中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所、日本理化學(xué)研究所（RIKEN）等機(jī)構(gòu)的科研人員通過合作，在Science雜志發(fā)表題為Glucosylation of endogenoushaustorium-inducing factorsunderpins kin avoidancein parasitic plants（內(nèi)源吸器誘導(dǎo)因子糖基化使寄生植物實(shí)現(xiàn)親緣回避）的論文，揭示寄生植物通過UDP-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶UGT72B1對(duì)自己內(nèi)源HIFs進(jìn)行糖基化，從而使自身的HIFs分子失去誘導(dǎo)吸器活性，抑制自主吸器形成并避免寄生同類。

該發(fā)現(xiàn)源于松蒿的突變體庫(kù)篩選。通過科研人員的大量前期工作，獲得了spoh1突變體，該突變體植株無需外源HIFs即可在蔗糖介質(zhì)上自主形成原吸器，形態(tài)與DMBQ誘導(dǎo)野生型（WT）松蒿的吸器無異。spoh1根分泌物對(duì)WT松蒿及近緣寄生植物獨(dú)腳金（Striga hermonthica）吸器誘導(dǎo)活性增強(qiáng)，相當(dāng)于1 μM DMBQ水平，從而證實(shí)此突變體的HIFs釋放增多。全基因組測(cè)序鎖定spoh1為PjUGT72B1的提前終止突變，導(dǎo)致此酶功能缺失。PjUGT72B1定位根成熟區(qū)，主要通過O-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶（OGT）活性糖基化G/S型HIFs的4-OH位點(diǎn)，生成失活形式（如SyA-Glc）的HIFs，使其喪失誘導(dǎo)活性。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)PjUGT72B1對(duì)S型HIFs更高效，而非寄生植物的擬南芥同源AtUGT72B1僅限對(duì)G型HIFs有活性——這種底物特異性差異揭示了列當(dāng)科寄生植物如何通過“掩蓋”自身的HIFs，從而避免“自相殘殺”的生理和進(jìn)化生物學(xué)機(jī)制。

這項(xiàng)研究不僅闡明了列當(dāng)科寄生植物進(jìn)化出的“自?！辈呗?，也為農(nóng)業(yè)抗寄生植物提供了新的靶點(diǎn)：通過編輯作物UGT72B1增強(qiáng)HIFs糖基化，有望使作物對(duì)列當(dāng)科寄生雜草“隱形”，為全球每年挽回超10億美元損失。

日本奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)向蕾為第一作者，SatokoYoshida為通訊作者，昆明植物所崔松巋為第二作者。

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圖內(nèi)源吸器誘導(dǎo)因子的糖基化防止寄生植物松蒿自主產(chǎn)生吸器

文：崔松巋