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　　菟絲子是一種莖寄生植物，與其他寄生植物一樣，菟絲子通過(guò)特化的器官——吸器從寄主中獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。自然界中，菟絲子經(jīng)常會(huì)寄生多株植物，形成“微群落”。中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所吳建強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)的前期工作表明，菟絲子能夠在不同寄主間傳遞抗蟲(chóng)信號(hào)，增強(qiáng)相鄰植株的抗蟲(chóng)性；此外，鹽脅迫信號(hào)也能通過(guò)菟絲子傳遞，增強(qiáng)相連寄主抗鹽脅迫的能力。相比昆蟲(chóng)取食和鹽脅迫，植物更頻繁面對(duì)的是營(yíng)養(yǎng)缺乏。氮元素是最重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一，在土壤中分布常常不均。菟絲子能否夠傳遞營(yíng)養(yǎng)脅迫信號(hào)，目前還沒(méi)有研究報(bào)道。 

　　近日，該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)利用上述系統(tǒng)，綜合使用轉(zhuǎn)錄組學(xué)、甲基化組學(xué)及同位素標(biāo)記等方法，揭示了菟絲子介導(dǎo)寄主間氮系統(tǒng)性信號(hào)及氮交流的生物學(xué)現(xiàn)象。研究人員通過(guò)菟絲子連接不同寄主，設(shè)置嚴(yán)格對(duì)照組，詳細(xì)分析不同寄主氮缺乏誘導(dǎo)的的轉(zhuǎn)錄組變化。研究結(jié)果表明，氮脅迫條件下，最早2小時(shí)，脅迫信號(hào)就能夠通過(guò)菟絲子傳遞到相連未受脅迫的寄主，并影響其轉(zhuǎn)錄組變化，這種變化持續(xù)了至少兩天。甲基化組數(shù)據(jù)結(jié)果也表明，這種系統(tǒng)性氮脅迫信號(hào)，還能引起相連寄主的甲基化水平修飾的變化。重要的是，他們研究發(fā)現(xiàn)，氮系統(tǒng)性信號(hào)不僅可以從氮缺乏的寄主傳遞到不缺氮的寄主，也同樣會(huì)從不缺氮的寄主傳遞到氮缺乏的寄主，這是首次發(fā)現(xiàn)菟絲子能夠在寄主間雙向傳遞移動(dòng)信號(hào)（圖1）。有趣的是，與寄主相比，菟絲子只有極少數(shù)的基因發(fā)生差異表達(dá)，這與之前的研究結(jié)果是一致的^1,2，這說(shuō)明菟絲子對(duì)大多數(shù)寄主產(chǎn)生的移動(dòng)信號(hào)可能并不敏感。深入解析菟絲子和寄主的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)，菟絲子和寄主間有大量的mRNA交流（從2個(gè)到3878不等），而且這種寄主和菟絲子間移動(dòng)的mRNA數(shù)量還會(huì)隨著寄主所處氮環(huán)境變化而變化。 

　　研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)同位素標(biāo)記的實(shí)驗(yàn)方法發(fā)現(xiàn)，當(dāng)菟絲子連接大豆和黃瓜后，黃瓜產(chǎn)生的氮缺乏的系統(tǒng)性信號(hào)卻可以通過(guò)菟絲子誘導(dǎo)了臨近大豆寄主的氮吸收，間接促進(jìn)了整個(gè)微群落的總氮量的增加（圖2）。 

　　本研究首次研究了菟絲子連接的寄主間通過(guò)氮元素及氮系統(tǒng)信號(hào)的相互作用，本研究揭示氮系統(tǒng)性信號(hào)的雙向性對(duì)理解植物系統(tǒng)性信號(hào)也有重要意義。該研究成果以“Parasite Cuscuta campestris enables transfer of bidirectional systemic nitrogen signals between host plants”為題發(fā)表在Plant Physiology雜志上，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所博士研究生張井雄為該論文第一作者，吳建強(qiáng)研究員和申國(guó)境助理研究員為通訊作者。該項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作項(xiàng)目、中科院十三五信息化計(jì)劃項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)的支持。 

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圖1.菟絲子介導(dǎo)寄主間氮系統(tǒng)性信號(hào)的交流，導(dǎo)致菟絲子連接寄主轉(zhuǎn)錄組的劇烈變化（數(shù)字表示以CN+為對(duì)照，不同處理時(shí)間的差異表達(dá)基因）。