高粱抗寄生的关键基因发现

记者  陆成宽
就像寄生虫危害人体一样，寄生植物也会让作物遭殃，破坏粮食生产。据《细胞》杂志12日报道，中国科学家在高粱中发现两个关键基因，它们可像“开关”一样控制高粱的抗寄生能力。“关闭”这两个基因后，高粱抵抗寄生植物——独脚金的能力显著增强。这个发现为培育抗独脚金寄生的高粱品种提供了重要理论依据和基因资源。
寄生植物对农业生产和生态系统有着重要影响。它们通过特殊的结构（如吸器）侵入寄主植物组织，从中吸取所需营养物质，影响作物正常生长。独脚金就是一种寄生植物，主要寄生于高粱、玉米、谷子等单子叶作物，严重制约非洲、亚洲和部分热带地区粮食生产。
独脚金的寄生过程极为隐蔽且难以防治，其种子在土壤中可以休眠超过20年，一旦感知到寄主植物释放的独脚金内酯，便会迅速萌发并侵入寄主植物的根部，建立寄生关系。化学药剂、轮作和土壤改良等传统方法防治效果有限，且成本高昂。因此，培育抗独脚金寄生的作物品种成为解决这一问题的关键。
在这项研究中，中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国农业大学等单位的科研人员，通过解析缺磷条件下独脚金易萌发寄生的生理过程，发现缺磷促进高粱独脚金内酯外排的现象，并利用原创的基因挖掘技术以及大数据分析、相关分子及细胞生物学技术，首次从高粱中发现两个独脚金内酯外排转运蛋白SbSLT1和SbSLT2。
“我们发现，这两个基因在高粱与独脚金的种子萌发和生长中起着重要作用。敲除这两个基因后，独脚金种子的萌发率显著降低。”论文通讯作者、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员谢旗说，“我们还在独脚金高发地区进行了田间小区试验。结果表明，敲除SbSLT1和SbSLT2基因的高粱品种，对独脚金的抗性显著增强，寄生率降低了67%—94%，同时高粱的产量损失减少了49%—52%。”
这一发现和功能解析为作物抗独脚金寄生育种提供了新的思路和工具，具有重要的理论和应用价值，有望为寄生植物危害较为严重地区的粮食安全作出重要贡献。未来，联合研究团队将进一步验证相关基因在其他重要作物中的作用，并推动抗独脚金寄生作物的产业化。

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