我國學者在糧食作物抗獨角金寄生遺傳育種領域取得重要新進展

圖 獨腳金內酯轉運蛋白SbSLT1和SbSLT2介導獨腳金寄生

　　在國家自然科學基金項目（批準號：32430077、32222010、U1906204）等資助下，中國科學院遺傳與發育生物學研究所與先正達集團玉米等作物種質創新及分子育種全國重點實驗室謝旗團隊、中國農業大學于菲菲團隊和崖州灣國家實驗室李家洋團隊等合作，首次從高粱中發現兩個獨腳金內酯（SLs）外排轉運蛋白SbSLT1和SbSLT2，并揭示了二者與高粱獨腳金抗性的關系。研究成果以“Resistance to Striga parasitism through reduction ofstrigolactone exudation”（通過減少獨腳金內酯分泌來提高作物對獨腳金寄生的抗性）為題，于2025年2月12日在線發表于《細胞》（Cell）。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.01.022。

　　寄生植物嚴重影響著農業生產與生態系統，其中尤以獨腳金屬（Striga spp.）和列當屬（Orobanche spp.）寄生植物對農作物的危害最為嚴重。獨腳金主要寄生于高粱、玉米、谷子等單子葉作物上，嚴重制約非洲、亞洲和部分熱帶地區糧食生產。根據《科學》雜志的研究顯示，獨腳金已被列為全球七大農作物重大病害之一。獨腳金的寄生過程具有極強的隱蔽性和防治難度。傳統的防治手段，如化學藥劑、輪作制度及土壤改良等方法效果有限。因此，培育具有抗獨腳金寄生能力的作物品種，已成為解決這一問題的關鍵途徑。

　　研究團隊通過原創性解析，在缺磷條件下揭示了獨腳金易萌發寄生的生理過程，發現缺磷會促進高粱SLs的外排，并基于基因挖掘技術結合大數據分析及分子、細胞生物學方法，鑒定出兩個關鍵的SLs外排轉運蛋白編碼基因——SbSLT1和SbSLT2。研究發現，這兩個基因在誘導獨腳金的種子萌發和生長中起著重要作用。通過敲除這兩個基因，獨腳金種子的萌發率顯著下降。田間小區實驗發現突變掉SbSLT1和SbSLT2基因的高粱寄生率降低了67-94%，同時高粱的產量損失減少了49%-52%。這一成果為培育抗獨腳金寄生的高粱品種提供了重要的基因資源和技術支持。

　　研究團隊進一步通過AI模擬預測其形成SL轉運通道的關鍵氨基酸苯丙氨酸位點，發現該位點在所有重要作物轉運通道同源蛋白中都存在，并證實玉米ZmSLT1和ZmSLT2也具有SL外排功能及參與了鑒定番茄中相關SL轉運蛋白的功能而且成果具有應用的可行性。因此，SL轉運機制可能在大多數重要作物中存在保守性，該成果也為其他重要作物抗寄生提供了具有廣泛應用前景的解決方案。該研究成果為作物抗獨腳金寄生育種提供了新的思路和工具，具有重要的理論和應用價值。未來，聯合研究團隊將進一步驗證相關基因在其他重要作物中的作用并推動抗獨腳金寄生作物的產業化。