沒有葉子沒有根菟絲子開花 靠「竊聽」

2020-09-04 光明網

菟絲子總會與寄主同步開花

菟絲子總是和寄主同步開花，這是為什麼呢？近日，中國科學院昆明植物研究所科研人員揭示了這一秘密。原來菟絲子可以「竊聽」寄主植物的開花信號，從而能夠與不同寄主的開花時間保持一致。

在自然界中，寄生植物約有4000-5000種，約佔被子植物的1%。寄生植物菟絲子是旋花科菟絲子屬植物，約200個種，是人們經常食用的紅薯的近親。菟絲子在進化的過程中，根和葉片完全退化，光合作用能力非常微弱或者完全失去，所以只能從寄主中獲得營養物質。

對大多數植物而言，葉片是植物感受日照長短變化等環境因子從而啟動開花程序的重要器官。然而，菟絲子沒有葉片，而且前期研究表明，菟絲子基因組發生了大量的基因丟失，包括調控植物開花相關的生物鐘途徑、光周期途徑、春化途徑等關鍵基因。這些線索都說明，菟絲子很可能和普通自養型植物的開花機制非常不同。開花是高等植物繁衍後代、延續物種的重要生理過程，那麼菟絲子是怎樣實現自己開花的呢？

值得注意的是，早在上世紀60年代，有研究發現，田野菟絲子在不同條件下，總和寄主保持一致的開花時間，這又是為什麼呢？

菟絲子能「竊聽」寄主植物開花信號

在植物開花中，FT基因編碼的蛋白起到了非常重要的作用，被稱為是植物開花的成花素。在合適的條件下，植物葉片合成FT信號蛋白，而且FT能夠從葉片長距離運輸到頂端分生組織誘導開花。

近期，中國科學院昆明植物研究所吳建強研究團隊，利用不同的寄主植物，證實南方菟絲子與寄主植物的開花時間保持高度一致。研究團隊通過分析南方菟絲子中FT的基因結構，發現在菟絲子的不同發育階段，都無法檢測得到其FT基因的表達；南方菟絲子的FT基因不再具有調控開花的功能。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子中。有趣的是，寄主的FT蛋白轉運到菟絲子中後，還能與菟絲子中的FD蛋白結合，形成蛋白複合體，從而啟動菟絲子中下遊開花基因的表達，使菟絲子開花，完成自己的生活史。

研究結果表明，寄生植物菟絲子通過「竊聽」寄主植物的FT開花信號，從而能夠與不同寄主的開花時間保持一致。這種開花行為使菟絲子能夠適應非常廣泛的寄主植物，因為如果菟絲子有固定的開花時間，但在其比寄主開花過晚的情況下，就很難從已經開花甚至結種的寄主獲得足夠的營養；而在菟絲子比寄主開花過早的情況下，菟絲子的生物量和種子產量會比與寄主同時開花的菟絲子的生物量和種子產量小很多。

本研究揭示的分子機制為了解菟絲子的生理、生態和進化史具有重要意義。

本報記者 楊質高 實習生 高怡忻 文

中國科學院昆明植物研究所供圖

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