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中國科學(xué)院昆明植物研究所
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昆明植物所在獨腳金通過木質(zhì)素調(diào)控吸器形成的研究中取得重要進(jìn)展

文章來源:資源室  |  發(fā)布時間:2025-03-19  |  作者:崔松巋  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

學(xué)院昆明植物研究所崔松巋團(tuán)隊近期在?Plant Communications?發(fā)表研究,揭示了寄生植物獨腳金(Striga hermonthica)如何通過木質(zhì)素(lignin)調(diào)控吸器(寄生植物特有的侵染性器官)形成,從而成功完成寄主侵染。研究發(fā)現(xiàn),獨腳金能夠感知寄主釋放的木質(zhì)素單體,并迅速在根尖沉積木質(zhì)素,增強吸器的誘導(dǎo)能力,為農(nóng)業(yè)寄生植物防控提供了新的靶點。

獨腳金是危害農(nóng)作物的重要寄生植物,其幼苗通過吸器吸取寄主的水和養(yǎng)分。吸器的誘導(dǎo)依賴于外界吸器誘導(dǎo)因子(Haustorium Inducing Factors: HIFs,而寄生植物早期如何感應(yīng)并傳遞這些寄主信號目前還不清楚。前期研究已表明,植物合成木質(zhì)素過程中產(chǎn)生的木質(zhì)素單體及其前體發(fā)揮HIF作用,可誘導(dǎo)獨腳金產(chǎn)生頂端原吸器一種由根尖分生組織轉(zhuǎn)化成為的早期吸器結(jié)構(gòu)。為深入了解HIF的信號傳遞分子途徑,作者選用了木質(zhì)素單體熒光探針,并通過處理獨腳金進(jìn)行了組織定位追蹤,結(jié)果發(fā)現(xiàn)苯環(huán)上含4位羥基(4-OH)和鄰近甲氧基(3/5-OCH3)的木質(zhì)素單體不僅能誘導(dǎo)吸器形成,還在根尖表皮細(xì)胞快速沉積,并通過III型過氧化物酶(ShPERs)促進(jìn)木質(zhì)化過程?;谇捌诖罅康霓D(zhuǎn)錄組研究,研究提出該信號傳導(dǎo)機制可能在列當(dāng)科寄生植物中保守存在。

木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁的主要成分之一,通常積累于成熟組織并賦予植物剛性和抗脅迫能力。除特定脅迫條件之外,這種根尖分生組織迅速木質(zhì)化的現(xiàn)象極為罕見。該研究推測,木質(zhì)素的快速積累增強了細(xì)胞壁硬度,同時還影響了細(xì)胞物理環(huán)境變化,這些有利于根尖分生組織迅速把其命運轉(zhuǎn)化為吸器細(xì)胞。這一發(fā)現(xiàn)揭示了木質(zhì)素在吸器發(fā)育中的雙重功能,即作為直接的誘導(dǎo)信號,同時還以細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分,支持吸器誘導(dǎo)過程,為理解寄生植物侵染策略提供了新視角。未來研究將進(jìn)一步探討寄生植物中木質(zhì)素單體等酚類信號的識別機制,并解析寄主侵染過程中木質(zhì)素的聚合與降解動態(tài)。這將有助于深入理解寄生植物如何通過細(xì)胞壁重塑優(yōu)化寄生過程,從而為農(nóng)業(yè)害草防控提供新的思路。

圖1 外源吸器誘導(dǎo)因子(HIF)在根尖誘導(dǎo)木質(zhì)素合成和積累,促進(jìn)獨腳金形成吸器

該研究由中學(xué)院昆明植物研究所植物與植物互作分子調(diào)控機制課題組崔松巋研究員(第一作者、共同通訊作者)與日本奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)植物共生學(xué)研究室吉田聡子教授(Satoko Yoshida,共同通訊作者)合作完成。日本京都大學(xué)森林代謝功能化學(xué)實驗室飛松?;淌?/span>Yoki Tobimatsu,奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)若竹崇雅助教Wakatake Takanori,山形大學(xué)基因組功能生物化學(xué)實驗室Yuri Takeda-Kimura,課題組研究助理羅俊為參與作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、云南省興滇英才支持計劃、云南省基礎(chǔ)研究、日本科學(xué)研究助成事業(yè)科研費(KAKENHI)等項目支持。?

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