易招惹寄生植物？高粱这个基因“弱点”被发现，利好粮食安全

与人类寄生虫对我们健康的冲击类似，寄生植物对作物和粮食也是毁灭性的打击。怎样让农作物不易“招惹”寄生植物？

2月13日零点，国际顶级学术期刊《细胞》发表中国科学家的一项合作研究，他们首次从高粱中发现了两个独脚金内酯外排转运蛋白SbSLT1和SbSLT2——它们被敲除后，高粱对独脚金（一种寄生植物）的抗性显著提高。这一发现为培育抗独脚金寄生的高粱品种提供了重要的理论依据和基因资源。

同时，该研究还发现了作物此类外排转运蛋白的保守关键氨基酸位点，拥有广泛的应用前景，在作物抗寄生领域具有里程碑意义。

这项研究由中国科学院遗传与发育生物学研究所科研团队与中国农业大学、先正达集团中国以及崖州湾国家实验室等多家单位合作完成。

寄生植物通过特殊的结构（如吸器）侵入寄主植物的组织，从中吸取所需的营养物质，影响作物正常生长。因此，寄生植物对农业生产和生态系统有着重要的影响。

独脚金属主要寄生高粱、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。独脚金拉丁名“Striga”意为“女巫”，在部分地区因其寄生特性而被赋予‘女巫草’的别名，在我国广东、广西、贵州、云南和海南地区亦有分布。

据Science杂志报道，独脚金是世界七大农作物危害之一，其寄生过程极为隐蔽且难以防治。独角金的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（SLs），便会迅速萌发并侵入寄主植物的根部，建立寄生关系。传统的防治方法如化学药剂、轮作和土壤改良等效果有限，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。

研究团队通过原创性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SLs外排的现象，基于原创的基因挖掘技术结合大数据分析和相关分子及细胞生物学技术，首次鉴定出高粱中两个关键的SL外排转运蛋白（命名为SbSLT1和SbSLT2）。研究发现，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，独脚金种子的萌发显著降低。

在田间实验中，研究团队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%。这一成果为培育抗独脚金寄生的高粱品种提供了重要的基因资源和技术支持。

进一步通过AI模拟预测SbSLT1和SbSLT2上形成SL转运通道的关键氨基酸苯丙氨酸位点，科学家发现该位点在所有重要作物转运通道同源蛋白中都存在。目前，玉米ZmSLT1和ZmSLT2的SL外排功能已被证实，这证明SL转运机制可能存在保守性，并为重要作物抗寄生提供了具有广泛应用前景的解决方案。

研究团队表示，该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的地区（如部分亚洲和非洲国家）粮食安全做出重要贡献。

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。